汽车有限公司空调管道流场CFD分析报告.doc

编号有限公司 目 录 1.概述 1 2.计算流程 1 3.计算流体动力学（CFD）软件——FLUENT简介 1 4.除霜风道流动及玻璃静态温度和速度分布 2 4.1.模型简化和网格划分 2 4.2.模型前处理 3 4.3.求解结果分析 3 5.吹面风道流动及风量分配计算 8 5.1.模型前处理与网格划分 8 5.2.边界条件及求解设置 8 5.3.模型求解及结果分析 9 6.分析结论 11 概述 本报告应用CFD数值分析软件，对项目除霜效果进行数值模拟计算分析，计算出风道各风口的风量分配比例，以及玻璃速度和静态温度分布情况，为进一步细化设计提供依据 汽车的中央除霜风道主要肩负着输送分配用来溶化风窗玻璃内、外表面上的霜或冰，使其恢复清晰视野的热空气之任务，这对驾驶安全性至关重要。所以此段风道的主要设计点在获得良好的风量分配比例和气流吹拂角度和点击点位置，使挡风玻璃和两侧车窗玻璃都能得到理想的静态温度和速度分布。此次分析的目的就是通过对空调风道出风口一段及车厢内的流场计算，得到出风道各风口的风量分配比例及玻璃受风情况显示，此分析过程的流程图如图1。 图1 风道除霜分析流程图 计算流体动力学（CFD）软件——FLUENT简介 FLUENT软件是专用于模拟和分析在复杂几何区域内的流体流动与热交换问题的CFD软件。FLUENT提供了灵活的网格特性，用户可方便地使用结构网格和非结构网格对各种复杂区域进行网格划分。对于二维问题，可生成三角形单元网格和四边形单元网格；对于三维问题，提供的网格单元包括四面体、六面体、棱锥、楔形体及杂交网格等。FLUENT还允许用户根据求解规模、精度及效率等因数，对网格进行整体或局部的细化和粗化。对于具有较大梯度的流动区域，FLUENT提供的网格自适应特性可让用户在很高的精度下得到流场的解。 除霜风道流动及玻璃静态温度和速度分布 模型简化和网格划分 为了分析除霜系统的除霜效果，这里重点保留除霜风道内的所有细节，将汽车风挡玻璃及仪表板也考虑在内，与车身外表面构成一个的封闭舱，其数模如图2所示，其中挡风玻璃按照给定的CATIA模型分出A区和B区，两侧玻璃，两侧和中央左右共四个内部出风口，出口按GB－11556标准给出。 图2 除霜风道CATIA数模 1015 图3 除霜风道结构 对空调除霜风道进行流体分析前，首先需要对CATIA模型进行前处理（见图2、3），去除对分析没有影响的风道表面特征，从CATIA模型中抽出风道的内表面；然后去除一些对最终结果影响很小的细小特征，因为要精确地模拟这些特征，会导致生成网格的质量变差，求解时的计算量也会成倍增加，所以对模型进行必要的简化和几何清理，尤为重要。对风道进行网格划分时，总体的要求是连续、均匀、美观，过渡平缓。网格采用四面体单元，风道网格最小5mm，单元总数约55万。 为了清楚了解风量比例的分配，特将中央出风口根据几何结构分为若干部分，具体见图3所示。 模型前处理 边界按国标GB－11556给出，并如下简化假设： （1）流体的物性参数（如流体的密度与粘度等）为常数； （2）出玻璃外，其他的面不考虑与外界有热交换。 求解设置：风道入口为速度入口，出口为压力出口。设空气在风道入口处的速度均匀分布，空气流量为175m3/h，转换速度为4.93m/s，水力直接91.04mm，湍流强度为0.7%，方向垂直于边界；风道出口背压为零，水力直接为23.46mm。 对于空调系统的风道分析，压力——速度耦合一般采用SIMPLE方法，RNG非平衡壁面函数湍流模型进行分析。针对该空调系统及设计要求，收敛判断条件为所有物理量的误差不大于1.0E-4。 求解结果分析 流量、压力和速度结果分析 出风口 流量（kg/s） 风量分配比例 左车窗玻璃侧 0.00849 12.5% 53.2% 中央除霜 驾驶员侧 0.05294 0.02761 77.3% 40.7% 副驾驶侧 0.02488 36.6% 46.8% 右车窗玻璃侧 0.00691 10.2% 表1 1015除霜风道出风口风量分配比例 出风口 流量（kg/s） 风量分配比例 左车窗玻璃侧 0.005581 9.4% 50.7% 中央除霜 驾驶员侧 0.04822 0.02454 81.1% 41.3% 副驾驶侧 0.02368 39.8% 49.3% 右车窗玻璃侧 0.005664 9.5% 表2 除霜风道出风口风量分配比例 1015 注：表中出风口位置1、2、3、4分别代表左侧窗出口、驾驶员侧出口、副驾驶侧出口、右侧窗出口 图4 除霜风道各出口流量分配柱状图 相对应于图3的除霜风道，其各个出风口的风量分配比例如表1、2和图4所示，从图可以看出1015除霜风道左右两侧的