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STAR-CCM案例：汽車除霜分析

2020-08-11 18:08:43·  來源：AutoAero  
　
一、概述空氣和較冷的車窗表面相接觸時(shí)就會(huì)冷卻，達(dá)到水汽過飽和的時(shí)候多余的水汽就會(huì)析出。如果溫度在0℃以下，則多余的水汽就在車窗外表面上凝華為冰晶，這種
一、概述
空氣和較冷的車窗表面相接觸時(shí)就會(huì)冷卻，達(dá)到水汽過飽和的時(shí)候多余的水汽就會(huì)析出。如果溫度在0℃以下，則多余的水汽就在車窗外表面上凝華為冰晶，這種現(xiàn)象稱為結(jié)霜。汽車擋風(fēng)玻璃上的霜會(huì)嚴(yán)重影響駕駛員的視野，對(duì)行車安全產(chǎn)生危害。
根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 11556-94，實(shí)驗(yàn)溫度為-18℃加減3℃，除霜性能要求為：
 
二、STAR-CCM仿真流程
注：空調(diào)出風(fēng)口溫度、風(fēng)速，出口壓力值，風(fēng)窗玻璃傳熱系數(shù)、厚度，冰層、空氣、玻璃物理?xiàng)l件均應(yīng)以實(shí)際情況為準(zhǔn)，以下使用值均為測(cè)試值。
（一）解析方案
為了加速計(jì)算收斂，減少計(jì)算時(shí)間，CFD方法進(jìn)行除霜分析通常分兩步走：
Step1：穩(wěn)態(tài)分析，通過對(duì)AB區(qū)風(fēng)速的評(píng)價(jià)，對(duì)除霜風(fēng)道的優(yōu)化。解析對(duì)象只涉及空氣(不考慮玻璃)，此時(shí)對(duì)玻璃層不求解任何方程，這樣可以顯著減少計(jì)算時(shí)間。該穩(wěn)定的流場(chǎng)將被作為初場(chǎng)進(jìn)行下一步計(jì)算。
Step2：瞬態(tài)分析，根據(jù)GB11555評(píng)價(jià)AB區(qū)除霜效果。在上一步獲得的穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)基礎(chǔ)上，將玻璃層納入求解域。在全部計(jì)算域進(jìn)行流動(dòng)/換熱計(jì)算，并打開除霜模型，開始除霜解析(非穩(wěn)態(tài))。
（二）穩(wěn)態(tài)分析設(shè)定
1.導(dǎo)入模型：該模型中輸入的是已經(jīng)生成好的體網(wǎng)格，除霜仿真需考慮玻璃與冰層，因此需設(shè)置固體域，即在模型上對(duì)車窗進(jìn)行法向拉伸（玻璃厚度），并設(shè)為獨(dú)立零部件，如下圖：
 
 
2.選擇物理模型：本案例有空氣域（乘員艙）和固體域（擋風(fēng)玻璃），因此需要分別設(shè)置空氣域的物理模型和固體域的物理模型，并定義空氣和玻璃的材料屬性。物理模型選擇如下：可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置空氣、玻璃與冰面的材料屬性；
 
 
3. 將乘員艙模型與玻璃模型分別分配至區(qū)域，對(duì)穩(wěn)態(tài)初場(chǎng)，固體區(qū)物理模型先不勾選；
4.設(shè)置空氣域邊界條件：
（1）物理?xiàng)l件>初始條件選項(xiàng)>指定區(qū)域值>初始條件>靜態(tài)溫度設(shè)置為 -18℃；
（2）入口>速度入口>速度設(shè)置為10m/s>入口溫度設(shè)置為40℃；
（3）出口>壓力出口>壓力設(shè)置為0Pa>出口環(huán)境溫度設(shè)置為 -18℃；
（4）壁面>物理?xiàng)l件>熱規(guī)范>絕熱。
5.進(jìn)行穩(wěn)態(tài)求解，保存穩(wěn)態(tài)結(jié)果。
（三）瞬態(tài)分析設(shè)定
1.設(shè)置空氣域瞬態(tài)模型：取消定常分析，選擇隱式非定常，如下圖所示：
 
2.激活固體區(qū)域模型，創(chuàng)建流體域與固體域的交界面：同時(shí)選中流體域和固體域相接觸的面，右鍵創(chuàng)建interface；
3.設(shè)置邊界條件：
（1）在玻璃外表面物理?xiàng)l件中，設(shè)置薄膜選項(xiàng)為“冰層”，設(shè)置物理值，冰層厚度為 0.5 mm。
 
 
（2）玻璃外表面物理?xiàng)l件>初始條件選項(xiàng)>指定區(qū)域值>初始條件>靜態(tài)溫度設(shè)置為-18℃；
（3）玻璃外表面物理?xiàng)l件>熱規(guī)范為對(duì)流>熱傳遞系數(shù)為7.9 W/ >環(huán)境溫度設(shè)置為-18℃。
4.求解設(shè)置：
（1）求解器>隱式非穩(wěn)態(tài)>時(shí)間步>1s；
（2）停止標(biāo)準(zhǔn)>Maximum Inner Iterations>最大內(nèi)部迭代>20；
（3）停止標(biāo)準(zhǔn)>最大物理時(shí)間>1000s。
（四）運(yùn)行模擬
計(jì)算結(jié)果如下：
 
 
 
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