某轿车前风窗除霜特性的数值模拟研究

发布时间：2017-07-13 22:08

  本文关键词：某轿车前风窗除霜特性的数值模拟研究

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【摘要】：随着中国经济的蓬勃发展,汽车已经成为人们出行的必需品。汽车空调在汽车上得到了广泛应用,同时汽车空调的除霜系统对汽车的行车安全性与乘坐舒适性产生重要影响。每年因前风窗结霜影响驾驶员行车视线而造成的交通事故屡有发生,因而对汽车前风窗除霜特性的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文先以简化的汽车前风窗模型为研究对象,探索适用于实车前风窗除霜的数值仿真方法和试验方法。首先使用STAR-CCM+软件中的薄膜模型求解前风窗玻璃上的除霜过程并监控监测点的温度,然后进行除霜试验,用温度传感器测得监测点各时刻的温度,用红外成像仪得到前风窗的温度分布,最后将数值结果与试验结果进行对比,验证SST k-ω湍流模型和薄膜模型中焓法对除霜计算的准确性。为本文后续的数值仿真工作做好准备。仿真技术路线确定之后,本文选取某轿车的乘客舱模型为仿真对象。通过数值仿真,得到除霜风道和乘客舱内部气流流动情况、前风窗内表面附近的速度场,前风窗外表面的温度场以及霜层厚度分布图。为了更好的分析和评价前风窗玻璃的除霜情况,采用A和A'区域的除霜率以及前风窗内表面的努赛尔数作为衡量前风窗玻璃的除霜程度的定量指标。结果表明:前风窗玻璃内表面附近的速度分布不均匀,在前风窗玻璃内表面附近的右侧、左下方和中上部分别存在着一个低速区域,而且这些区域有部分是处在A和A'区域内,严重影响该区域的除霜效果,需要从风道结构型式、进风口的流量、温度和除霜格栅的角度等影响参数对前风窗除霜性能进行优化。研究发现:(1)风道结构中的方案二增大了驾驶员侧的除霜出风口流量,增大了视野区域的速度,使得速度分配更均匀,内部气流流动更通畅,流动损失更小,“死区”面积更小,除霜效果最好;(2)进风口温度越高,暖气流与前风窗玻璃的温差就越大,两者之间的热交换就越多,霜层融化就越快,但进风口温度越高,所需的暖芯功率就越大。从除霜效能和节能两方面综合考虑,T14较为理想的工况;(3)进风口流量越大,除霜效果就越好,但所需的鼓风机的功率和转速就越高,同时鼓风机产生的噪声就越大。从除霜效能和降噪两方面综合考虑,M9是较为理想的工况;(4)除霜格栅角度不同,气流的流动方向以及流量分配就不同。除霜格栅角度为负角度的方案比正角度的方案的除霜效率要高,在负角度方案中A1方案的除霜性能是最好。因此,在最初的设计中应该把-15o作为除霜格栅的常置角度。最后通过对各工况的除霜特性分析与评价,获得除霜进风口的流量、温度和除霜格栅角度对除霜效果的影响规律,获得最佳除霜效果方案,为以后优化汽车除霜特性提供依据。
【关键词】：汽车空调 除霜性能 数值仿真 前风窗玻璃 风道
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.851
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.1.1 课题研究背景11-12
• 1.1.2 课题研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15
• 1.4 本章小结15-17
• 第2章 汽车除霜性能数值模拟理论基础17-27
• 2.1 计算流体力学控制方程17-18
• 2.2 湍流的数值模拟方法18-20
• 2.2.1 标准k-ω 湍流模型19
• 2.2.2 SST k-ω 湍流模型19-20
• 2.2.3 近壁面处理方法20
• 2.3 冲击射流理论20-21
• 2.4 固、液相变理论21-22
• 2.5 除霜数值模型22-24
• 2.6 除霜性能CFD分析方法24-25
• 2.7 汽车前风窗玻璃除霜系统性能的评价参数25-26
• 2.7.1 A和A'的除霜率25-26
• 2.7.2 努赛尔数26
• 2.8 本章小结26-27
• 第3章 简化的汽车前风窗的除霜数值模拟与试验27-35
• 3.1 简化的汽车前风窗模型的建立27-28
• 3.2 网格生成28
• 3.3 计算设置28-30
• 3.3.1 边界条件以及材料物性设置28-30
• 3.3.2 湍流模型设置30
• 3.3.3 监测点设置30
• 3.4 除霜数值模拟计算结果和实验值对比30-33
• 3.5 本章小结33-35
• 第4章 汽车风挡除霜数值计算方法35-45
• 4.1 介绍35
• 4.2 风窗玻璃除霜性能研究35-43
• 4.2.1 模型结构35-36
• 4.2.2 网格划分36-37
• 4.2.3 物理模型的选择37-38
• 4.2.4 边界条件设置38-39
• 4.2.5 材料物性设置39
• 4.2.6 数值计算结果与分析39-43
• 4.3 本章小结43-45
• 第5章 汽车前风窗除霜性能影响因素分析45-79
• 5.1 风道结构对速度场、温度场和除霜的影响45-52
• 5.1.1 风道结构对速度场的影响46-49
• 5.1.2 风道结构对温度场的影响49-50
• 5.1.3 风道结构对除霜的影响50-52
• 5.1.4 本节小结52
• 5.2 进风口温度对温度场和除霜的影响52-58
• 5.2.1 进风口温度对温度场的影响53-55
• 5.2.2 进风口温度对除霜的影响55-58
• 5.2.3 本节小结58
• 5.3 进风口流量对速度场、温度场和除霜的影响58-66
• 5.3.1 进风口流量对速度场的影响58-62
• 5.3.2 进风口流量对温度场的影响62-63
• 5.3.3 进风口流量对除霜的影响63-66
• 5.3.4 本节小结66
• 5.4 除霜格栅角度对速度场、温度场和除霜的影响66-73
• 5.4.1 除霜格栅角度对速度场的影响67-69
• 5.4.2 除霜格栅角度对温度场的影响69-70
• 5.4.3 除霜格栅角度对除霜的影响70-72
• 5.4.4 本节小结72-73
• 5.5 最佳参数工况下除霜性能分析73-76
• 5.5.1 最佳参数的匹配73
• 5.5.2 最佳参数工况下仿真分析结果73-76
• 5.6 本章小结76-79
• 第6章 总结与展望79-81
• 6.1 总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-87
• 作者简介和科研成果87-89
• 致谢89

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本文编号：538553