除霜系統的案例
基于STAR-CCM+汽車除霜系統CFD仿真分析與優化
摘要：汽車空調除霜性能對汽車駕駛和交通安全起著重要作用，文章基于STAR-CCM+通過CFD方法對某重型卡車的空調除霜性能進行分析，找出除霜系統的優化方案。通過對除霜系統出風口位置、出風口格柵結構、風管管道及出風格柵方向進行優化設計改進，除霜性能在-30°得到改善與提升，最終得到滿足設計要求的除霜系統。
關鍵詞：STAR-CMM+;除霜系統;CFD;風量分配;優化設計;
引言
在寒冷天氣下，當車內空氣和寒冷車窗表面接觸時，空氣中的水分受溫度降低的影響飽和析出，形成水汽。當空氣溫度下降到零度以下時，水汽就會在玻璃表面凝華產生冰晶，汽車擋風玻璃上冰晶凝結形成的冰霜會嚴重影響駕駛員視野，對行車安全產生危害，因此如何快速除霜對行車安全至關重要。GB11555—2009對汽車除霜系統性能和試驗方法做出了嚴格的規定（M1類汽車強制執行）。參考此標準，重型卡車一般要求試驗開始20 min后，A區域需完成80%除霜；試驗開始35 min后，A區域需完成100%除霜，B區域需完成95%的除霜，如圖1所示。
圖1 除霜A、B區域劃分
基于重卡的傳統除霜系統設計主要采用經驗設計方法，待樣車制造完成后，利用試驗核查其實際性能效果，費用高，設計整改周期長。本文通過STAR-CMM+軟件以及CFD數值模擬技術，在某重型卡車的研發過程中，對空調的除霜性能進行前期理論分析，對除霜風道、格柵出口面積及角度等關鍵部位進行分析和優化，使整車的除霜性能大幅提升，且優化結果在實車中得到了有效驗證。
1 空調除霜風道CFD仿真分析
1.1 基本理論
在STAR-CCM+中擋風玻璃和側窗玻璃的除霜模擬包括兩個過程：整個除霜計算域內的流場穩態計算和除霜過程的瞬態計算。
展開 汽車空調除霜性能的CFD模擬
因此，有效的除霜系統是十分必要的，它應該盡可能快地除去車窗玻璃上的霜層。為此SAE發展了一套工業標準，包括標準的試驗過程和汽車前風擋除霜
系統的性能指標。不同的國家和不同的汽車制造商也有自己對此的標準，在國內GB11555-94對汽車的除霜系統性能做出了嚴格的規定[2] 。
本文主要介紹了在某車型的除霜系統的開發過程中，利用 CFD 軟件 STAR-CD 對其進行了穩態情形下的全熱除霜模式下的 CFD 分析，得出了除霜風道各出風口的風量分配，風道和乘客艙內的速度矢量和壓力分布，特別是前擋風玻璃和前側窗上的速度矢量圖。根據 CFD 分析結果，提出風道設計的改進建議，并根據修改方案修改除霜風道數模，最終得到了滿足設計要求的除霜系統。
2.計算模型的建立及方案確定
2.1 幾何模型建立
根據某車型的三維 CAD 實體模型，分別選擇 HVAC、風道和車身的內表面生成模擬空間?？紤]到汽車產品的復雜性，為了節約時間和減少網格數量，在不影響模擬精度的前提下，需要對車廂內表面做一些簡化處理。但對模擬的關鍵部件，如 HVAC、風道等的細部結構則應盡量保留，如圖 1 所示。
由于 CFD 網格劃分需要在一個封閉的空間內進行，而 CAD 模型之間有一些縫隙和漏洞，如果直接在 CAD 軟件中進行模型的前處理，需要花費大量的時間和精力，因此，我們采用先在 Hypermesh 中劃分三角形的表面網格，如圖 2 所示，這樣表面的連接和修補相對容易，然后輸出為 Patran 格式，再導入到 ICEM-CFD 中生成體網格。根據劃分網格的重要性，不同的表面在 Hypermesh 中分成不同的組，導入到 ICEM-CFD 后會分成不同的 Family。
2.2 網格生成
在本次分析中，采用 ICEM-CFD 劃分 CFD 體積網格，如圖 3 所示。
展開 %90和模擬技術在某輕卡風道設計中的應用
汽車空調除霜性能對汽車駕駛和交通安全非常重要，文章用ＣＦＤ方法對某輕卡駕駛室除霜風道除霜性能進行了分析，對其進行了風道出口的流量分配、出口段的速度場與壓力場求解，得出了除霜風道各出風口的風量分配。根據ＣＦＤ分析結果，對除霜風道進行了改進，最終得到了滿足設計要求的除霜系統。關鍵詞：除霜風道；網格；數值模擬；ＣＦD
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特斯拉被NHTSA要求召回15.8萬輛汽車
NHTSA表示，在觸摸屏無法工作的特斯拉汽車中，因車輛聲響、駕駛員感知和警報等功能可能會失效，會對駕駛員輔助駕駛系統和轉向信號功能帶來影響，且自動駕駛等系統丟失警報“增加了發生事故的風險，因為司機可能沒有意識到系統故障”。此外，觸摸屏故障會導致司機無法使用擋風玻璃除霧和除霜系統，可能會降低在惡劣天氣中的能見度，增加事故風險。
NHTSA指出，特斯拉已經進行了幾次空中升級（OTA），試圖緩解一些問題，但這些更新是不夠的。NHTSA稱，關于此故障，其在去年11月收到12,523索賠和投訴，并且有部分投訴稱，若保修期到期，特斯拉要求車主支付更換費用。
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展開 
【4月19-21日 蘇州】汽車熱管理NVH應用技術高級培訓班
汽車空調產業是一個交叉學科，是多技術結合體，其系統性能受多方面因素的影響，是消費者在車內最直接的感受。開空調產生的各種NVH問題直接影響著在車內的舒適感（主觀感受），影響到整車NVH技術水平。
為了能更好的分析和解決空調系統的NVH問題，提高整車品質的保證，滿足企業的研發技術需求，特邀請汽車NVH領域的資深專家為本次培訓系統授課，同時針對現場提出的相關問題分享演講者在此方面的經驗體會。
時間地點
時間：4月19- 21日
地點：蘇州（具體地點培訓前一周通知）
參加對象
本課程可作為汽車研發工程師技術更新和升級的重要課程，適合國內汽車制造企業技術中心、
整車開發部、NVH試驗、仿真工程師；空調系統NVH工程師及空調開發設計工程師等。
培訓目標
1、通過本課程，掌握汽車暖通空調系統的工作原理和NVH性能要求
2、促進學員認同NVH的重要性和專業性，有信心將本職工作做好，有信心把問題解決掉
3、幫助學員熱愛本職工作，樹立對工作的責任心和職業素養，在工作中能發揮專業技能
4、感謝學員對授課質量的評估及反饋意見，促進對教學內容進一步更新提高
主講專家
某專家：上海交通大學博士，某自主品牌汽車研究院高級技術專家。具有20年從事汽車振動噪聲（NVH）、空調（HVAC）技術研發及團隊管理的工作經歷。發表過多篇論文，獲得過多項杰出成果, 包括直流變頻空調國際領先成果，SUV汽車NVH開發，冷凍系統和自動除霜系統專利，壓縮機和風扇降噪技術。曾主持整車NVH性能開發，熱管理系統相關NVH開發，冷凍和空調系統全項目開發和管理。善于解決空調和冷卻系統的NVH難題?，F在負責汽車熱管理系統的NVH開發工作，致力于熱管理系統NVH的正向開發。
展開 制冷系統蒸發器結霜怎么辦？
6、四通閥換向逆向除霜
四通閥換向，制冷系統原來的高低壓部分切換，四通閥動作后，系統由正常制熱循環方式切換到除霜循環，系統中各點的制冷劑狀態是一個動態變化過程。與制冷系統在平衡狀態下啟動的動態變化過程不同。而對于除霜循環，當四通閥動作后，風側換熱器的原低壓與四通閥到壓縮機排氣口的高壓管路接通，室內換熱器的高壓系統與四通閥到壓縮機進氣口的低壓管路接通，所以在除霜循環開始后系統高壓側與低壓側有一個自身的壓力平衡。
【注】制冷裝置正常啟動時，系統從壓縮機排氣口到節流閥進口（包括冷凝器和高壓貯液器）的高壓側壓力是均衡的，從節流閥出口到壓縮機吸氣口（包括蒸發器和氣液分離器）的低壓側壓力也是均衡的。當熱泵系統啟動后，在壓縮機的驅動下，系統高壓側和低壓側的壓力分別向不同的方向一致變化。
四通閥換向逆向除霜缺點
1）四通閥換向，制冷系統原來的高低壓部分切換，這使制冷系統出現“奔油”現象，降低系統的可靠性和使用壽命；
2）除霜時制冷劑要從供熱系統中吸取熱量用于除霜,這就造成供熱水的溫度急劇波動,因而影響了空調系統的舒適性；
3）從除霜開始到除霜結束,四通閥要動作兩次,系統的高低壓同時也切換兩次再重新建立平衡,這就使系統除霜過程總的時間加長。
四、新型除霜方法
1、顯熱除霜
顯熱除霜是指利用制冷系統壓縮機排氣管至電子膨脹閥前的旁通回路,將壓縮機的高溫高壓排氣直接引到電子膨脹閥前,再經過電子膨脹閥的等焓節流將壓縮機排氣引入空氣換熱器中,通過壓縮機排氣熱量將空氣換熱器翅片外側的霜層除掉,同時保證制冷劑在空氣換熱器中只進行顯熱交換而不進行冷凝。
展開 國內外電動汽車整車控制器(VCU)性能指標及設計思路
整車控制器的控制策略是在不同的工況下使用不同的電機驅動電動汽車，或者按照一定的扭矩分配比例，聯合使用2臺電機驅動電動汽車，使系統動力傳動效率最大。
當電動汽車起步或爬坡時，由低速、大扭矩永磁同步電機驅動前輪。當電動汽車高速行駛時，由高速感應電機驅動后輪。
（3）日產公司整車控制器
日產聆風LEAF是5門5座純電動轎車，搭載鋰離子電池，續駛里程是160km。采用200V家用交流電，大約需要8h可以將電池充滿；快速充電需要10min，可提供其行駛50km的用電量。
日產聆風LEAF的整車控制器原理圖如下圖所示，它接收來自組合儀表的車速傳感器和加速踏板位置傳感器的電子信號，通過子控制器控制直流電壓變換器DC／DC、車燈、除霜系統、空調、電機、發電機、動力電池、太陽能電池、再生制動系統。
（4）英飛凌新能源汽車VCU & HCU解決方案
該控制器可兼容12V及24V兩種供電環境，可用于新能源乘用車、商用車電控系統，作為整車控制器或混合動力控制器。該控制器對新能源汽車動力鏈的各個環節進行管理、協調和監控，以提高整車能量利用效率，確保安全性和可靠性。
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第3部分機械負荷.pdf
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(高清正版)GBT28382-2012純電動乘用車技術條件標準.pdf
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展開 新能源汽車熱管理系統如何實現一體化？
其主要形式與傳統 燃油車較為相似, 圖1為單冷車室空調匹配完全電加熱 PTC供暖方式的系統原理圖。PTC電加熱的最大優點是結構與控制簡單、成本較低; 但加熱效率永遠小于1, 冬季制熱時需要消耗大量的電池能量, 直接導致續航里程的嚴重衰減. PTC電加熱系統按使用方法可分為 PTC風暖和PTC水暖兩種形式. 其中PTC風暖是電加熱直接加熱空氣, 結構簡單、加熱溫度高, 但具有一定的 安全隱患; PTC水暖方法是利用PTC模塊加熱冷卻液, 再通過冷卻液加熱空氣, 雖然安全系數較高, 但系統比較復雜, 加熱溫度也相對較低。
2、熱泵空調+PTC
PTC通常是直接消耗電能進行采暖的方式, 其電能 利用能效比小于1, 電能的大量消耗對續航里程產生較大影響. 因此, 為提高車室空調能效比, 借鑒家用空調的使用模式, 熱泵在車室空調中逐步得到關注和應用. 然而, 傳統的氟利昂類熱泵在低溫環境下制熱量驟減, 難以滿足車室采暖需求, 因此衍生了熱泵空調+PTC的 系統形式. 熱泵的系統形式呈現多樣化性, 主要通過閥件的組合、換熱器的組合等形式實現, 近年也逐漸產生了四通換向閥以及閥島等的實現形式. 不同車型、車企的熱泵實現形式也不盡相同, 但最終的目的都是 實現空調箱內換熱器功能的轉化, 如圖2所示.
客車等商用車中通常采用四通換向閥等進行模式切換, 而乘用車空調目前主要采用三通閥的三換熱器系統, 通過電動二通閥或電動三通閥實現制冷、制熱、除濕和 蒸發器除霜模式的切換. 冬季制熱運行時, 車外換熱器 (蒸發器)溫度可能低于室外空氣的露點溫度, 從而導致 結霜現象, 當霜層太厚時需要進入除霜模式, 除霜模式 的系統流程與夏季制冷模式一致.
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