基于CATIA,STAR-CCM+的商用車除霜布置方法

李小登

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于CATIA,STAR-CCM+的商用車除霜布置方法

李小登

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

目前國家尚無商用車除霜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，我司企業(yè)參照《GB 11555-2009 汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗方法》。文章介紹了一種商用車除霜布置方法，該方法充分利用CATIA，STAR-CCM+兩款軟件，在項目前期無實物情況下通過調(diào)節(jié)風(fēng)道燃燒點，快速解決除霜問題。保證后期試驗順利通過，在保證產(chǎn)品品質(zhì)情況下大大縮短開發(fā)周期并節(jié)約開發(fā)成本。

商用車；除霜；燃燒點

引言

商用車在除霜領(lǐng)域尚無強制國標(biāo)，我司參照《GB 11555-2009 汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗方法》，該標(biāo)準(zhǔn)要求試驗開始20min，A區(qū)除霜80%，開始25mn，A’區(qū)除霜80%，開始40min，B區(qū)除霜95%。但是商用車目前市面上很少有車型能滿足該標(biāo)準(zhǔn)。

1 未達標(biāo)原因分析

影響除霜效果的主要因素有兩個：a）風(fēng)速及風(fēng)速分布；b）風(fēng)溫大小。本文調(diào)研3款車型風(fēng)溫均能達到目標(biāo)要求，導(dǎo)致除霜未達成的主要原因是風(fēng)速計風(fēng)速分布不合理。而影響風(fēng)速及風(fēng)速分布的主要原因有：a1）風(fēng)道燃燒點（出風(fēng)中心線與玻璃內(nèi)表面交點）Z向高度；a2）出風(fēng)方向與前風(fēng)窗夾角；a3）風(fēng)量Y向分布；a4）風(fēng)道光順性。本文主要從這三個要素出發(fā)對風(fēng)道設(shè)計進行約束。

2 主除霜風(fēng)道設(shè)計

2.1 燃燒點Z向高度確定

圖1 標(biāo)桿車主風(fēng)向

圖2 本文主風(fēng)向

燃燒點Z向高度是燃燒點相對于B區(qū)的距離，前期調(diào)研的商用車標(biāo)桿車燃燒點位于B區(qū)靠下180mm處（見圖2），但是除霜分析效果不佳。本文定義燃燒點為AB區(qū)之間靠下1/3處（見圖1）。

采用對比分析得出結(jié)論，燃燒點位于AB區(qū)之間1/3處除霜效果遠高于標(biāo)桿車效果。

圖3 除霜對比結(jié)果

2.2 出風(fēng)方向與前風(fēng)窗夾角確定

商用車儀表板X向深度布置十分有限，因此除霜風(fēng)口距離前風(fēng)擋玻璃距離一般在最大僅能做到90mm左右，由于要求除霜夾角一般在20-35度之間，為了達到最低要求角度，除霜風(fēng)口距離前風(fēng)擋玻璃距離要做到布置結(jié)構(gòu)最大值。得到除霜Z向高度及X向深度后，保證風(fēng)道至少45mm直線段送風(fēng)段，然受連接送風(fēng)段下端與空調(diào)送風(fēng)口得到風(fēng)道Y0平面布置方案。

3.3 確定風(fēng)量Y向分布

首先確定一平面X（平行于YZ并通過除霜風(fēng)道Y0中間點），然受將風(fēng)窗玻璃ABC區(qū)域投影到平面X上，將AB區(qū)沿Z方向平分為4個區(qū)域，連接最下區(qū)域左上點與空調(diào)送風(fēng)口左邊點，得到除霜風(fēng)道左邊界，同樣方法得到除霜風(fēng)道右邊界，最后將玻璃風(fēng)窗左邊區(qū)域4等分，將左側(cè)風(fēng)道4等分。分別連接4個等分點得到左側(cè)除霜擾流片初步布置方案，同理得到右側(cè)除霜擾流片布置方案。

圖4 風(fēng)向Y向分布圖

3.4 主除霜風(fēng)道光順設(shè)計

根據(jù)已定義的除霜風(fēng)口及風(fēng)向，延伸出除霜風(fēng)道，風(fēng)道設(shè)計時保證圓滑過渡，直線導(dǎo)風(fēng)段距離大于 40mm，轉(zhuǎn)彎角度大于 100°，轉(zhuǎn)彎半徑大于 50mm。保證風(fēng)向與設(shè)計值一致。繪制擾流片時，可以調(diào)整左側(cè)擾流片最下點更靠下，保證C區(qū)除霜效果更佳，具體調(diào)整量需要結(jié)合CAE計算結(jié)果確認。

圖5 主除霜風(fēng)道3D設(shè)計

4 STAR-CCM+瞬態(tài)分析確認

從CATIA中導(dǎo)出IGS格式的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入至Hypermesh中，進行前處理，得到一個封閉空間的計算域，網(wǎng)格生成后導(dǎo)入 STAR-CCM+后直接生成計算所需體網(wǎng)格，最終得到網(wǎng)格數(shù)量約150萬。計算介質(zhì)為空氣，環(huán)境大氣壓力P=10132.5 Pa，溫度 T=300K，空氣密度ρ=1.225kg/m3k，空氣黏度μ=1.7894×10-3N.s/m2。壓力-速度耦合采用 SINMPLE方法，采用高雷諾數(shù)k-ζ湍流模式和non-equilibrium wall functions壁面函數(shù)。分析除霜情況，分析顯示，20min，25min，40min后目標(biāo)區(qū)域除霜達標(biāo)。符合設(shè)計要求與預(yù)期。

5 結(jié)論

應(yīng)用文中論述的除霜設(shè)計方法，輔以CFD分析對某車型儀表板風(fēng)道側(cè)除霜性能進行設(shè)計模擬和優(yōu)化，找出最優(yōu)方案，最終模型風(fēng)量分配基本符合流量分配的技術(shù)要求，為后期實車驗證提供了有利的前期保障。

[1] 諸元杰.除霜性能CFD分析.[J]汽車零部件.

[2] 汽車除霜性能CFD分析.[J]中國仿真科技論壇電子期刊 No.8.

Based on CATIA, the star-ccm + commercial vehicle defrosting method

Li Xiaodeng
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

There is no regulation or standard on defrost of trucks in China.We design our duct and do experiment refer to‘GB 11555-2009’ .We introduce a method of solving this issue in the article.We make advantage of CAITA and STARCCM+ two software and solve the issue by adjusting flame point without any components.We can archive the class I goal at least cost in shortest time.

TRUCK; DEFROST; FLAME POINT

CLC NO.: U461.9 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)12-28-02

U461.9 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1671-7988 (2017)12-28-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.010

李小登，內(nèi)外飾工程師，就職于江淮汽車技術(shù)中心。