除霜仿真的案例
基于STAR-CCM+汽車除霜系統(tǒng)CFD仿真分析與優(yōu)化
(1)修改空調(diào)箱吹腳出風(fēng)口的位置，從空調(diào)箱中間出風(fēng)吹臉風(fēng)道增加了一個(gè)風(fēng)門，左右吹腳風(fēng)管為一整體，從空調(diào)箱中間出風(fēng)；(2)同步修改前出風(fēng)格柵位置，縮短了兩前除霜風(fēng)口Y向間距30 mm,兩前除霜風(fēng)口X向分別后移10 mm和20 mm;(3)修改除霜兩側(cè)分流處的風(fēng)管，使分流處的風(fēng)管截面變大，光順過(guò)渡到兩側(cè)風(fēng)管，提高兩側(cè)中央出口速度的均勻性，使除霜管道更加的平順；(4)旋轉(zhuǎn)了儀表板出風(fēng)口格柵朝向。最終選擇同步優(yōu)化風(fēng)管布置、出風(fēng)口位置、風(fēng)管管道及儀表板出風(fēng)口格柵的設(shè)計(jì)與朝向，滿足在一定時(shí)間段的除霜流量，以達(dá)到理論的除霜仿真設(shè)計(jì)效果，且中央出風(fēng)口的速度分布均勻性較好，視野區(qū)A區(qū)和B區(qū)的均勻性也有所提升。在除霜模式下，除霜流量分別是168 CMH和167 CMH，除霜流量也得以提高。
4 優(yōu)化后結(jié)果及試驗(yàn)驗(yàn)證
除霜模式下各風(fēng)管流量分配及仿真結(jié)果如表3和圖5所示。
圖5 優(yōu)化后玻璃表面溫度云圖
優(yōu)化方案經(jīng)過(guò)仿真分析，結(jié)果如圖所示。35 min后，A區(qū)完成100%除霜，B區(qū)達(dá)到了95%。經(jīng)樣車試驗(yàn)，實(shí)際狀態(tài)與仿真結(jié)果相吻合。STAR-CCM+軟件CFD理論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仿真分析的合理性得到進(jìn)一步驗(yàn)證。
5 結(jié)論
本文采用CFD方法，結(jié)合STAR-CCM+軟件中多項(xiàng)流Fluid Film除霜模塊，對(duì)某重型卡車的除霜性能進(jìn)行分析。初始方案由于風(fēng)道及格柵角度設(shè)計(jì)不合理，使得各出風(fēng)口分風(fēng)不均勻，吹風(fēng)位置不理想，流動(dòng)損失較大，達(dá)不到目標(biāo)除霜要求。針對(duì)設(shè)計(jì)缺陷對(duì)除霜模型進(jìn)行優(yōu)化，最終優(yōu)化效果顯著，滿足整車除霜性能要求。經(jīng)過(guò)對(duì)樣車的實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比論證，優(yōu)化方案后的除霜效果能達(dá)到目標(biāo)設(shè)定要求。
展開 汽車除霜仿真分析應(yīng)用
車暖氣除霜是最理想的除霜方法。在出發(fā)之前將汽車啟動(dòng)，在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱的同時(shí)，打開汽車暖氣，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上來(lái)的時(shí)候，汽車空調(diào)把暖氣對(duì)著擋風(fēng)玻璃吹。這樣就能把擋風(fēng)玻璃上的冰霜給升溫融化。但是這種方法有時(shí)間的限制，如果我們每天提前十幾分鐘進(jìn)行操作的話，就會(huì)達(dá)到理想的效果。但是趕時(shí)間的話這種方法就不適應(yīng)了。有沒(méi)有什么辦法能夠加快這個(gè)過(guò)程呢？
擋風(fēng)玻璃除霜設(shè)計(jì)——對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)是重要安全性能指標(biāo)，傳統(tǒng)方法通常采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，對(duì)風(fēng)道內(nèi)的空氣流動(dòng)情況不明，改善流動(dòng)憑經(jīng)驗(yàn)。如果采用CAE仿真的方法，就可以了解風(fēng)道空氣流動(dòng)狀況，為除霜設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)方向，加快除霜過(guò)程節(jié)省大量時(shí)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(duì)稱邊界；
4）玻璃外表面：對(duì)流系數(shù)10W/(m2·K)，外部環(huán)境溫度263K；
將汽車除霜網(wǎng)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(duì)霜層劃定固體域，可以直接進(jìn)行除霜求解。
計(jì)算結(jié)果
對(duì)除霜模型進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)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(jìn)口熱流在流經(jīng)玻璃內(nèi)壁面時(shí)，在壁面初始段發(fā)展成湍流，底部的換熱最劇烈，溫度最高，融霜效果最好。
通過(guò)以上案例可以看出，通過(guò)CAE仿真分析可以清晰的觀測(cè)到風(fēng)道內(nèi)的空氣流動(dòng)狀況，為除霜設(shè)計(jì)優(yōu)化提供指導(dǎo)方向，幫助實(shí)現(xiàn)更好更快的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
展開 CAE二次開發(fā)概述
</p><p>從效率提升來(lái)看，通過(guò)改進(jìn)CAE、CAD軟件針對(duì)特定應(yīng)用的前后處理能力、固化重復(fù)性工作；對(duì)于成熟業(yè)務(wù)的分析模型與相關(guān)求解設(shè)置進(jìn)行整理、定制分析模板；梳理設(shè)計(jì)仿真流程并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化執(zhí)行。</p><p><br></p><p>CAE二次開發(fā)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，其在仿真流程自動(dòng)化和仿真軟件自動(dòng)化方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被諸多用戶所認(rèn)可。上海冪知科技在長(zhǎng)期開發(fā)過(guò)程中，積累了百余項(xiàng)開發(fā)案例，如“某燃油系統(tǒng)顯控平臺(tái)開發(fā)、某變壓器數(shù)字化設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)開發(fā)、某xyq設(shè)計(jì)分析評(píng)價(jià)模塊、某裂紋擴(kuò)展自動(dòng)化仿真項(xiàng)目、某CAE后處理自動(dòng)化二次開發(fā)、某燃油齒輪泵快速仿真自動(dòng)化工具、某除霜除霧仿真自動(dòng)化項(xiàng)目、某發(fā)電機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)、某緊固件可靠性設(shè)計(jì)平臺(tái)開發(fā)、某壓氣機(jī)葉片自動(dòng)化仿真分析平臺(tái)。”其強(qiáng)大的開發(fā)能力和開發(fā)服務(wù)，也被客戶所認(rèn)可。期待冪知科技在未來(lái)的開發(fā)過(guò)程中一方面能為客戶繼續(xù)提供優(yōu)質(zhì)開發(fā)；另一方面希望冪知科技能夠通過(guò)項(xiàng)目不斷進(jìn)行產(chǎn)品積累，形成自己的產(chǎn)品進(jìn)而為國(guó)產(chǎn)CAE產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。</p><p>有興趣的朋友可以聯(lián)系我：xuyf@mizhitech.com</p><p><br></p>
展開 技術(shù)新舊大比拼：電磁熱泵VS傳統(tǒng)型熱泵
此外，空氣源熱泵冬季供熱運(yùn)行時(shí)，最大的一個(gè)問(wèn)題就是當(dāng)室外氣溫較低時(shí)，室外側(cè)換熱器翅片表面會(huì)結(jié)霜，這便需要采取一定的除霜措施。專家認(rèn)為：采用自調(diào)整模糊除霜控制的思路及系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。確定室內(nèi)外大氣溫度、相對(duì)濕度之差及翅片溫度的變化率等作為輸入論域，經(jīng)對(duì)輸入量的模糊化和模糊推理方法，在高位機(jī)上實(shí)現(xiàn)模糊除霜控制的仿真，采用這種方法除霜經(jīng)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，判別結(jié)果與實(shí)際情況較吻合。這種方法與常規(guī)除霜方法相比，不僅延長(zhǎng)了制熱工作時(shí)間，減少了除霜次數(shù)和除霜損失，而且使機(jī)組工作性能和可靠性得到了提高。
水源熱泵技術(shù)
雖然目前空氣源熱泵機(jī)組在我國(guó)有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，但它存在著熱泵供熱量隨著室外氣溫的降低而減少和結(jié)霜問(wèn)題，而水源熱泵克服了以上不足，而且運(yùn)行可靠性又高，近年來(lái)國(guó)內(nèi)應(yīng)用有逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)。
一般情況下，水源熱泵從16℃的井水中提取熱，經(jīng)電力壓縮機(jī)對(duì)循環(huán)的工質(zhì)做工，可以達(dá)到輸出熱水溫度52℃，而其輸出熱量與輸入電功率之比為3.51，比直接用電采暖節(jié)省電力72％。這種熱水可以利用風(fēng)機(jī)盤管向房間供暖。夏季，又可利用同一裝置制冷，做到一機(jī)多用，即節(jié)省初投資，又節(jié)省運(yùn)行費(fèi)。在有條件提供地下水源的情況下，是一種理想的節(jié)能系統(tǒng)裝置。
但在大部分城市地區(qū)，由于受到水源開采的限制，實(shí)際推廣工程中難度很大。針對(duì)水源熱泵的設(shè)計(jì)及應(yīng)用過(guò)程中須注意的問(wèn)題，知名學(xué)者指出：首先必須探明是否有適合的水源供給，同時(shí)應(yīng)考慮水源的溫度、水量是否滿足要求。
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