除霜分析
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-30
除霜分析的實例教程
霜層初始能量的計算公式：
1.2 除霜分析流程及計算模型
1.2 除霜分析流程及計算模型
CFD分析流程如圖2所示，分析過程中首先對幾何模型進行處理，并生成計算網格，之后設置物理模型、邊界條件進行穩態流場分析計算。當結果不能滿足目標要求時，需要對內部流場進行分析，查找問題點，提出修改建議，進行優化計算，直至達到目標要求。針對優化后的除霜模型進行瞬態計算，瞬態結果驗證優化后的除霜效果，如果仍不理想，調整相應邊界條件，直至滿足性能要求。
圖2 CFD除霜性能分析流程
基于HVAC模型、擋風玻璃、除霜格柵、風道及乘員艙內飾數模，采用Hypermesh軟件處理面網格，建模過程中簡化了乘員艙模型，未包含假人等模型。再將面網格導入STAR-CCM+中，檢查是否封閉，按照尺寸設置生成體網格，并設置邊界條件，進行空調系統除霜性能分析計算，如圖3所示。
圖3 空調及除霜風道模型
計算邊界條件如表1所示。
表1 蒸發器與暖風芯體邊界
除霜模式下，HVAC入口流量采用最大吹風量，葉輪轉速為4 908 rmp,出口壓力為1個標準大氣壓，環境溫度采用-18℃。過濾器、蒸發器和暖風芯體均設為多孔介質模型。模型分玻璃域和流體域以及冰層域，壁面均為無滑移邊界條件，風道設置四層邊界層，穩態計算時，常溫不可壓縮流動，標準k-e湍流模型。瞬態計算中，入口溫度采用溫升實驗數據，冰層溫度大于0℃，則認為冰已融化。
2 設計方案結果分析
2.1 除霜模式下出風口風量分配
除霜風道各出風口的風量分配對擋風玻璃上速度分布影響很大，因此，在設計除霜風道時，將各出風口的風量分配作為一項重要的設計目標進行控制。表2為除霜模式下各風管流量分配的結果，由表2可以看出，除霜模式下，從吹腳和吹臉風道泄露出的流量約占總流量的68.72%，用于除霜的風量較小。
展開 采用AcuSolve軟件可以很好模擬座艙內部熱舒適性分析及除霜除霧分析，包括了太陽輻射、封閉輻射、濕度等眾多因素影響，仿真效果很好。
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乘員艙除霜除霧CFD分析規范 ￥100
本規范規定了用STAR-CCM+進行模型建立、除霜除霧 CFD穩態分析及結果評價的內容。
本文件適用于新開發的乘用車和商用車除霜除霧性能分析。。
汽車擋風玻璃上的霜會嚴重影響駕駛員的視野，對行車安全產生危害，本案例展示STAR-CCM+除霜分析，模型如下：
2、STAR-CCM+設置
（1）選擇物理模型；本案例有空氣域（乘員艙）和固體域（擋風玻璃），因此需要分別設置空氣域的物理模型和固體域的物理模型，與除霧計算不同的是，除霜計算的thin film設置在固體域，從而在擋風玻璃外面設置冰層厚度。物理模型的選擇如下：
（2）設置交界面；在STAR-CCM+ 中，選擇流體域和固體域的同一個面，右鍵創建interface；
（3）初始化參數；在Continua>glass>Initialconditions節點設置玻璃初始化溫度263°，在Region>glass>out節點，設置冰層的厚度0.5mm，冰層溫度為270K；
（4）設置邊界條件和數值；選擇Regions > Fluid >Boundaries > Inlet，設置速度為10m/s，進口溫度為313K；出口設置為out；
（5）設置固體邊界的對流換熱系數；固體域外表面的熱屬性修改成對流，并把對流換熱系數設置為10.0 W/m^2-K，外表面溫度設置為270°。
（6）由于本案例是瞬態模擬，因此需要設置時間步、各時間步內允許的最大內部迭代次數以及獲得求解所用的總體物理時間。選擇Solvers> Implicit Unsteady節點，然后將時間步設為1s。將最大物理時間設置為900s；
（7）運行模擬；計算結果如下：
冰層厚度變化
本文轉自有限猿仿真博客，感謝原作者。如有侵權請立即聯系刪除。
展開 車暖氣除霜是最理想的除霜方法。在出發之前將汽車啟動，在對發動機進行預熱的同時，打開汽車暖氣，當發動機水溫上來的時候，汽車空調把暖氣對著擋風玻璃吹。這樣就能把擋風玻璃上的冰霜給升溫融化。但是這種方法有時間的限制，如果我們每天提前十幾分鐘進行操作的話，就會達到理想的效果。但是趕時間的話這種方法就不適應了。有沒有什么辦法能夠加快這個過程呢？
擋風玻璃除霜設計——對于汽車來說是重要安全性能指標，傳統方法通常采用試驗設計方法，對風道內的空氣流動情況不明，改善流動憑經驗。如果采用CAE仿真的方法，就可以了解風道空氣流動狀況，為除霜設計提供指導方向，加快除霜過程節省大量時間。以下為元王為某車企做的汽車除霜分析案例。
除霜模型和邊界條件如下：
1）速度入口，5m/s，溫度313K；
2）分離流出口；
3）對稱邊界；
4）玻璃外表面：對流系數10W/(m2·K)，外部環境溫度263K；
將汽車除霜網格劃分為空氣域（乘員艙）和固體域（玻璃），在STAR CCM+的物理模型中有除冰模型，因此不需要對霜層劃定固體域，可以直接進行除霜求解。
計算結果
對除霜模型進行非穩態求解，求解718s后，霜層厚度云圖如下：
霜層溫度云圖如下：
乘員艙速度矢量圖如下：
乘員艙空氣流線圖
從圖中可以看出，進口熱流在流經玻璃內壁面時，在壁面初始段發展成湍流，底部的換熱最劇烈，溫度最高，融霜效果最好。
通過以上案例可以看出，通過CAE仿真分析可以清晰的觀測到風道內的空氣流動狀況，為除霜設計優化提供指導方向，幫助實現更好更快的產品設計。
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霜層初始能量的計算公式：
1.2 除霜分析流程及計算模型
1.2 除霜分析流程及計算模型
CFD分析流程如圖2所示，分析過程中首先對幾何模型進行處理，并生成計算網格，之后設置物理模型、邊界條件進行穩態流場分析計算。當結果不能滿足目標要求時，需要對內部流場進行分析，查找問題點，提出修改建議，進行優化計算，直至達到目標要求。
案例：前擋風玻璃除霜分析
分析工況：
-車窗外結冰厚度為0.5mm
-車窗除霧風管進風流速8m/s
-成員艙為簡化艙室。
-車內溫度30℃
-車外溫度-3℃
考慮車內為絕熱環境
觀察，啟動除霧風后車窗外霜層融化云圖隨時間變化情況。
幾何處理
–CAD數據轉換為stl輸出
–Stl數據導入STAR-CCM+，分組命名
?網格生成
–包面，網格重構
–體網格生成
?穩態計算
?除霜計算
?除霧計算
pdf文件共103頁
2.3 除霜/除霧分析
參考ISO3468、ISO3470及GB11555、GB11556進行除霜、除霧分析，考察前擋風玻璃在規定時間內的除霜、除霧能力。
3、熱害分析
3.1 機艙熱管理分析
開發階段，考慮格柵及前端模塊（散熱器、冷凝器等）進氣對發動機、電動機及動力電池單元冷卻的能力，考慮進風量對前段模塊換熱量的影響。
應用場景包括：車燈凝露分析、HVAC除霜除濕性能分析、家電產品箱體凝露腐蝕問題、電子產品艙室結露危害分析等。
PCB熱優化設計
PICLS的熱仿真分析幾乎可以在運行的同時顯示結果，大大提高了效率。可分析布線方案、熱通道布局、散熱器、PCB層數、銅箔厚度等參數對PCB板散熱性能的影響，滿足不同客戶根據自身工藝、成本和資源進行選擇性優化的需求。
3.2 第二輪分析結果
在這輪分析中，側除霜吹點前后方向的位置點已基本符合要求，但上下方向位置略微偏低；另外前風擋駕駛員和副駕駛員側頭部附近存在回流區，如圖 6 所示。
案例：前擋風玻璃除霜分析
分析工況：
-車窗外結冰厚度為0.5mm
-車窗除霧風管進風流速8m/s
-成員艙為簡化艙室。
-車內溫度30℃
-車外溫度-3℃
考慮車內為絕熱環境
觀察，啟動除霧風后車窗外霜層融化云圖隨時間變化情況。
