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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就會冷卻，達到水汽過飽和的時候多余的水汽就會析出。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就會冷卻，達到水汽過飽和的時候多余的水汽就會析出。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)象稱為結霜。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(chǎn)生危害。
根據(jù)國標GB 11556-94，實驗溫度為-18℃加減3℃，除霜性能要求為：
二、STAR-CCM仿真流程
注：空調出風口溫度、風速，出口壓力值，風窗玻璃傳熱系數(shù)、厚度，冰層、空氣、玻璃物理條件均應以實際情況為準，以下使用值均為測試值。
（一）解析方案
為了加速計算收斂，減少計算時間，CFD方法進行除霜分析通常分兩步走：
Step1：穩(wěn)態(tài)分析，通過對AB區(qū)風速的評價，對除霜風道的優(yōu)化。解析對象只涉及空氣(不考慮玻璃)，此時對玻璃層不求解任何方程，這樣可以顯著減少計算時間。該穩(wěn)定的流場將被作為初場進行下一步計算。
Step2：瞬態(tài)分析，根據(jù)GB11555評價AB區(qū)除霜效果。在上一步獲得的穩(wěn)態(tài)流場基礎上，將玻璃層納入求解域。在全部計算域進行流動/換熱計算，并打開除霜模型，開始除霜解析(非穩(wěn)態(tài))。
（二）穩(wěn)態(tài)分析設定
1.導入模型：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，因此需設置固體域，即在模型上對車窗進行法向拉伸（玻璃厚度），并設為獨立零部件，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，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)實際情況設置空氣、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，對穩(wěn)態(tài)初場，固體區(qū)物理模型先不勾選；
4.設置空氣域邊界條件：
（1）物理條件>初始條件選項>指定區(qū)域值>初始條件>靜態(tài)溫度設置為 -18℃；
（2）入口>速度入口>速度設置為10m/s>入口溫度設置為40℃；
（3）出口>壓力出口>壓力設置為0Pa>出口環(huán)境溫度設置為 -18℃；
（4）壁面>物理條件>熱規(guī)范>絕熱。
5.進行穩(wěn)態(tài)求解，保存穩(wěn)態(tài)結果。
（三）瞬態(tài)分析設定
1.設置空氣域瞬態(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：同時選中流體域和固體域相接觸的面，右鍵創(chuàng)建interface；
3.設置邊界條件：
（1）在玻璃外表面物理條件中，設置薄膜選項為“冰層”，設置物理值，冰層厚度為 0.5 mm。
（2）玻璃外表面物理條件>初始條件選項>指定區(qū)域值>初始條件>靜態(tài)溫度設置為-18℃；
（3）玻璃外表面物理條件>熱規(guī)范為對流>熱傳遞系數(shù)為7.9 W/ >環(huán)境溫度設置為-18℃。
4.求解設置：
（1）求解器>隱式非穩(wěn)態(tài)>時間步>1s；
（2）停止標準>Maximum Inner Iterations>最大內部迭代>20；
（3）停止標準>最大物理時間>1000s。
（四）運行模擬
計算結果如下：
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