除霜除霧的案例
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。。
座艙內部流體動力學分析： AcuSolve預測乘客熱舒適性及除霜、除霧效果
除霜除霧模擬
除霜模擬擋風玻璃及側窗玻璃薄冰層的融化時間和融化形態。該模擬用來評價空調系統是否能夠產生足夠的暖空氣傳輸到擋風玻璃及側窗玻璃上。
除霜模擬十分依賴于幾何外形，因此模擬的前提要保證幾何外形的精確度。一些重要的幾何參數包括擋風玻璃大小、傾斜角和曲率、除霜出口的大小和形狀、出口與擋風玻璃底部的距離等。冰層和玻璃采用熱殼單元建模，施加一定的密度、比熱及熱傳導率等屬性，同時也給一定的厚度。玻璃的這些屬性是恒定的，而冰層融化后，冰層的材料屬性隨著時間而改 變。假定冰層在+1°時才開始融化。為了精確捕捉座艙內空氣與玻璃表面的對流傳熱，近壁層需要大量的邊界層網格。下圖是10分鐘時除霜通道出口（計算域的進口）冰層融化的形態（以速度云圖表征）及冰層融化在不同時間的合成圖。擋風 玻璃的底部最開始融化，用(X)標出。
除霧與除霜的模擬類似。主要的工作在于定義什么條件下是霧，什么條件下不是霧。霧化十分依賴于玻璃表面附近的局部空氣流動狀態，因此近壁面需要大量的邊界層網格。同樣也需要一套方法來定義玻璃表面多少水汽可以被人肉眼看見。本文中對于座艙內空氣中得水的含量以及壁面水汽量采用基于當地空氣或固壁表面溫度，水汽的分壓及當地的相對濕度來 計算確定。當當地的水汽質量分數高于飽和度，則該處有霧出現。玻璃的材質，周圍的環境對成霧的影響很大，因此跟除 霜類似，玻璃也采用多層熱殼單元建模，同時根據外部空氣的速度和溫度確定合適的對流傳熱系數。
上右圖是座艙第二排側窗玻璃表面的除霧模擬過程，紅色表示有霧區域，藍色表示干凈區域。模擬的初始向座艙引入 一定量的水汽，而此時空調系統關閉。打開空調系統后，干燥的空氣作用到側窗表面，隨著時間的推進，除霧范圍擴大。
展開 Starccm汽車乘員艙除霜除霧分析教程（step by step） ￥10
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
空調系統及乘員艙熱舒適性
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。
①、通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以獲得空調風道的空氣分配情況、風道的阻力特性、各出風口的空氣流速等，為優化風道設計提供依據。
②、通過對風擋和側窗進行除霜除霧分析，可以得到當前設計的除霜除霧性能，為改進出風口大小及角度提高除霜除霧性能提供依據。
③、通過對乘員艙內的CFD分析，可以得到艙內的流動、溫度分布情況，再進一步進行乘員的舒適性分析。ANSYS CFD 系列產品在空調系統方面有豐富的解決方案 。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
左：除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖；右：乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
展開 
STAR CCM+優勢
1、前處理，求解計算和后處理流程化，簡單易上手；
2、包面技術：處理復雜幾何十分迅速，可以節省大量幾何處理時間；
3、多面體網格技術：對于同一復雜幾何，采用多面體網格數量比四面體網格少，精度高，計算速度快；
4、求解速度快：對于工程應用，求解速度和準確性都很重要，其中求解速度對于優化具有重要戰略意義；
5、快速復制粘貼邊界條件和云圖等參數功能；
6、可以并聯多臺服務器，計算上億網格；
7、采用場函數代替UDF，極大簡化了編程，即使初學者也能快速掌握場函數；
8、汽車的除霜除霧采用薄體網格和除霜除霧求解器，方便快捷；
9、總之就是一個字：快；
10、其它待發現，更新中。
展開 CAE仿真技術在新能源汽車設計中的應用
進氣閥截面上的速度矢量分布圖
左：缸內燃油噴射過程模擬；右：缸內噴油渦流
排氣中的碳氫和氮氧化物濃度分布圖
空調系統及乘員艙熱舒適性
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。
通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以獲得空調風道的空氣分配情況、風道的阻力特性、各出風口的空氣流速等，為優化風道設計提供依據。
通過對風擋和側窗進行除霜除霧分析，可以得到當前設計的除霜除霧性能，為改進出風口大小及角度提高除霜除霧性能提供依據。
通過對乘員艙內的CFD分析，可以得到艙內的流動、溫度分布情況，再進一步進行乘員的舒適性分析。ANSYS CFD 系列產品在空調系統方面有豐富的解決方案 。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
左：除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖；右：乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
發動機艙熱管理
在車身前結構設計中，發動機艙的設計非常重要，在設計時盡可能地減小發動機艙的大小，從而增加乘客艙和行李艙的容積。但是太小的發動機艙又面臨著發動機散熱困難，影響發動機性能，嚴重的會造成發動機不能正常運行。
通過發動機艙熱管理分析，可以得到發動機艙內的溫度場分布情況和空氣流動情況，設計人員可以據此合理設計發動機艙內的布局，組織空氣流路，保護重要零部件不受熱害侵蝕。
發動機艙內的流線圖及溫度分布云圖
外空氣動力學及氣動噪聲
氣動性能分析是從空氣動力學角度分析汽車動力性、經濟性和操作穩定性，各大汽車廠商都致力于降低空氣阻力、改善氣流升力。這也是風洞技術最早引入汽車設計的研究方向，更是CFD數值模擬方法在汽車設計中最成熟的應用方向。
展開 新能源汽車設計中CAE仿真技術應用
進氣閥截面上的速度矢量分布圖
左：缸內燃油噴射過程模擬；右：缸內噴油渦流
排氣中的碳氫和氮氧化物濃度分布圖
空調系統及乘員艙熱舒適性
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以獲得空調風道的空氣分配情況、風道的阻力特性、各出風口的空氣流速等，為優化風道設計提供依據。通過對風擋和側窗進行除霜除霧分析，可以得到當前設計的除霜除霧性能，為改進出風口大小及角度提高除霜除霧性能提供依據。通過對乘員艙內的CFD分析，可以得到艙內的流動、溫度分布情況，再進一步進行乘員的舒適性分析。ANSYS CFD 系列產品在空調系統方面有豐富的解決方案 。
展開 電動汽車幾種加熱方案解析
水循環系統中的冷卻液在流經加熱器時被加熱， 然后流入暖風芯體， 從而為駕駛室提供充足的熱源， 為乘員提供舒適的環境， 滿足除霜除霧法規的要求。
1.2 實施方案
增加燃油加熱器、 燃油箱、 油泵、 油管、 進氣消聲器、 進氣管、 排氣消聲器、 排氣管、 水泵、 水管，使燃油加熱器、 水泵、 水管與原車暖風芯體形成封閉的水循環系統。 燃油加熱系統結構如圖1所示。
1.3 優點
1） 顯著提高純電動汽車續駛里程。 在環境溫度-10℃， 城市路況下行駛1h， 使用燃油加熱比使用電加熱大大提高了純電動汽車的續駛里程， 對比結果見圖2。
2） 可延長電池的使用壽命。 采用燃油加熱方式對駕駛室加熱不消耗電池的電能， 因此在相同的行駛里程下， 使用燃油加熱方式比使用電加熱方式電池的放電深度低。 根據鋰電池的特性， 電池壽命取決于放電深度， 放電深度越低， 可使電池的充放電次數增加， 從而延長電池的使用壽命。 圖3為電池使用壽命與放電深度之間的關系。
1.4 缺點
1） 燃油加熱系統消耗燃油 ， 產生尾氣排放 ，與純電動汽車零排放的理念相違背。
2） 燃油加熱系統結構復雜， 零部件數量較多，增加成本較高， 降低了電動汽車的實用性。
3） 為了滿足純電動汽車碰撞法規的要求 ， 燃油加熱系統需要突破以下課題： ①燃油箱的布置位置和防護措施 （制定純電動汽車整車布置方案時，會優先考慮電池包的布置， 這對燃油箱的布置帶來了更大的挑戰。 燃油箱布置在前機艙不滿足前碰法規要求， 且燃油加注不方便； 燃油箱布置在行李艙下方， 很難滿足后碰法規的要求）； ②燃油管路走向， 應確保燃油管路遠離高壓線束； ③做好燃油管路的防護及碰撞斷油措施， 防止因碰撞引起燃油泄漏。
展開 技術 | 夾縫中的“出氣筒”
但實際上，在整個汽車空調系統中，風道和出風口組成了空調的通風系統，擔負著將經過處理（溫度調節，濕度調節，凈化）的氣流送到汽車駕駛艙內，以最終實現駕駛艙內通風，制冷，加熱，除霜除霧，凈化空氣等的功能。
在一臺典型的乘用車中，往往包括吹面、吹腳、除霜除霧等不同功能的出風口十余個。
空調出風口的布置位置、大小、型式等特征，直接影響到車內氣流速度、流動方向和流場組織，從而對空調系統性能、車內安靜程度和乘客舒適性有著相當重要的影響。
同時，空調出風口處于乘客可見區域，屬于外觀零件，造型設計師會對它們的形狀，外觀，顏色，表面處理等都會進行重點設計，以達到期望的美學效果。
其中，各種沖突最突出的一個，便是前排吹面出風口。在很多車型中，它已經成為汽車內飾的重要家族基因之一。
目前，主要按照吹面出風口外觀風格劃分，其發展過程基本經歷了三個階段。
第一代：傳統出風口
傳統的空調吹面出風口，基本為一個獨立的造型特征，一般由裝飾框、面框、殼體、風門、撥輪、撥鈕、連桿、葉片等部件組成。
一般情況下，傳統出風口包含“桶型出風口”和“雙葉片型出風口”兩種。桶型出風口，經濟而簡單。
通常包括一套可動的葉片和軸，整體可以繞軸轉動。雙葉片型出風口比桶型出風口復雜，造型靈活多樣，成本也較高。
它整體固定，由兩套不同方向可動的葉片進行風向調節。
當然，出風口作為一個設計相對靈活的部件，在它的設計上不乏創新者。
例如，“奧迪A3”的具有“散風模式”的出風口。
值得特別說明的是，隨著顯示屏的逐漸增大，在新車設計中，中央吹面出風口和顯示屏相對位置關系的權衡問題，越來越重要。
對于傳統出風口來說，從風向調節能力的角度出發，要求其Z向高度不能低于方向盤中心位置（方向盤調整到居中位置的情況下）。
展開 電動汽車設計中的CAE仿真技術應用
車身附近的流線圖
車身表面的壓力分布云圖及車身附近的湍流動能等值面圖
后視鏡原始設計和改進設計的氣動噪聲結果
5.空調及熱管理
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以為優化風道設計、改進除霜除霧性能以及提升乘員艙熱舒適性提供依據。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖
乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
純電動汽車制冷循環熱管理-Flownex一維仿真系統及三維耦合
6.傳動系統
汽車動力傳動系統起著功率傳遞的功能，基本部件均屬高強度部件，其包含的零部件主要有：變速箱、離合器、萬向節、主減速器、差速器、半軸、液力耦合器與液力變矩器等。安世亞太的ANSYS以及MBD for ANSYS為解決齒輪的輪滑、傳動、強度、疲勞等評估提供了良好的工具。
差速器的潤滑仿真：實驗和仿真結果對比
差速器和潤滑油之間、潤滑油和箱體之間的換熱系數結果
基于MBD for ANSYS的齒輪傳動分析
7.制動系統
制動系統由操控系統、液壓系統和助力系統組成，它是汽車上最主要的安全裝置之一。其整體性能對汽車的操作穩定性及人員的安全性都有著直接的影響。制動系統的設計研發主要集中在制動器、調整臂、真空助力器、閥類控制及保護等部件，在CAE分析中通常需要關注這些結構的強度和變形分析、振動和噪聲分析、疲勞壽命分析、溫度場分析、熱應力分析等。
展開 汽車行業仿真咨詢與專業定制開發
分析內容主要包括：整車外流場風阻系數分析、空調通風管道流量分配分析、除霜除霧分析、機艙散熱分析、進排氣阻力分析等等。
整車外流場風阻系數分析
空調管道風量分配分析 除霜除霧分析
6、新能源汽車輕量化與工業再設計
整車輕量化技術是汽車技術發展的一個大方向，尤其對新能源汽車來說，從整車到零部件，輕量化設計貫穿于整車開發的整個周期中。
整車輕量化不是簡單的減重，而是要在滿足車輛模態、剛度、強度、疲勞、碰撞安全性和NVH（噪音、振動、平順性）等性能的基礎上，將結構輕量化優化設計技術（拓撲優化、形貌優化和尺寸優化等）與多種輕量化材料（鋁合金、復合材料等）、輕量化制造技術（精密鑄造、3D打印、激光拼焊等）集成應用從而實現產品的減重。
分析內容主要包括：白車身輕量化結構設計、開閉件輕量化分析、底盤結構件輕量化設計分析等等。
輕量化實現路徑
行李廂內板輕量化設計分析
白車身從概念設計階段到工程設計階段輕量化實現路徑（克萊斯勒）
7、新能源汽車電池仿真
電池組作為新能源汽車的最主要的動力來源，同時也為眾多的電動輔助系統提供能量，因此電池組的可靠性、耐久性、安全性、工作效率等指標將直接關系到車輛動力性能。
展開 
電動汽車設計中的CAE仿真技術應用
車身附近的流線圖
車身表面的壓力分布云圖及車身附近的湍流動能等值面圖
后視鏡原始設計和改進設計的氣動噪聲結果
5.空調及熱管理
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以為優化風道設計、改進除霜除霧性能以及提升乘員艙熱舒適性提供依據。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖
乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
純電動汽車制冷循環熱管理-Flownex一維仿真系統及三維耦合
6.傳動系統
汽車動力傳動系統起著功率傳遞的功能，基本部件均屬高強度部件，其包含的零部件主要有：變速箱、離合器、萬向節、主減速器、差速器、半軸、液力耦合器與液力變矩器等。安世亞太的ANSYS以及MBD for ANSYS為解決齒輪的輪滑、傳動、強度、疲勞等評估提供了良好的工具。
差速器的潤滑仿真：實驗和仿真結果對比
差速器和潤滑油之間、潤滑油和箱體之間的換熱系數結果
基于MBD for ANSYS的齒輪傳動分析
7.制動系統
制動系統由操控系統、液壓系統和助力系統組成，它是汽車上最主要的安全裝置之一。其整體性能對汽車的操作穩定性及人員的安全性都有著直接的影響。制動系統的設計研發主要集中在制動器、調整臂、真空助力器、閥類控制及保護等部件，在CAE分析中通常需要關注這些結構的強度和變形分析、振動和噪聲分析、疲勞壽命分析、溫度場分析、熱應力分析等。
展開 汽車行業常用的CAE軟件
3求解器 NASTRAN/Abaqus/starccm/lsdyna/ncode/femfat
Nastran：主要做線性分析，動靜強度剛度，模態分析，NTF/VTF
abaqus：非線性的分析，材料非線性，需要接觸的分析等
starccm：流體分析軟件，風阻，除霜除霧，空調風道等
lsdyna：顯式分析，主要用于碰撞分析
ncode/femfat：疲勞分析軟件附帶有很多載荷譜處理功能。
4、后處理hyperview/meta
顯示仿真結果的軟件，生成云圖，曲線等。
電動汽車設計中的CAE仿真技術應用
車身附近的流線圖
車身表面的壓力分布云圖及車身附近的湍流動能等值面圖
后視鏡原始設計和改進設計的氣動噪聲結果
5．空調及熱管理
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以為優化風道設計、改進除霜除霧性能以及提升乘員艙熱舒適性提供依據。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖
乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
純電動汽車制冷循環熱管理-Flownex一維仿真系統及三維耦合
6.傳動系統
汽車動力傳動系統起著功率傳遞的功能，基本部件均屬高強度部件，其包含的零部件主要有：變速箱、離合器、萬向節、主減速器、差速器、半軸、液力耦合器與液力變矩器等。
展開 CAE二次開發概述
上海冪知科技在長期開發過程中，積累了百余項開發案例，如“某燃油系統顯控平臺開發、某變壓器數字化設計仿真平臺開發、某xyq設計分析評價模塊、某裂紋擴展自動化仿真項目、某CAE后處理自動化二次開發、某燃油齒輪泵快速仿真自動化工具、某除霜除霧仿真自動化項目、某發電機數字化設計平臺、某緊固件可靠性設計平臺開發、某壓氣機葉片自動化仿真分析平臺。”其強大的開發能力和開發服務，也被客戶所認可。期待冪知科技在未來的開發過程中一方面能為客戶繼續提供優質開發；另一方面希望冪知科技能夠通過項目不斷進行產品積累，形成自己的產品進而為國產CAE產業的發展貢獻自己的一份力量。</p><p>有興趣的朋友可以聯系我：xuyf@mizhitech.com</p><p><br></p>
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