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STAR-CCM案例：汽车除霜分析

2020-08-11 18:08:43·  来源：AutoAero  
　
一、概述空气和较冷的车窗表面相接触时就会冷却，达到水汽过饱和的时候多余的水汽就会析出。如果温度在0℃以下，则多余的水汽就在车窗外表面上凝华为冰晶，这种
一、概述
空气和较冷的车窗表面相接触时就会冷却，达到水汽过饱和的时候多余的水汽就会析出。如果温度在0℃以下，则多余的水汽就在车窗外表面上凝华为冰晶，这种现象称为结霜。汽车挡风玻璃上的霜会严重影响驾驶员的视野，对行车安全产生危害。
根据国标GB 11556-94，实验温度为-18℃加减3℃，除霜性能要求为：
 
二、STAR-CCM仿真流程
注：空调出风口温度、风速，出口压力值，风窗玻璃传热系数、厚度，冰层、空气、玻璃物理条件均应以实际情况为准，以下使用值均为测试值。
（一）解析方案
为了加速计算收敛，减少计算时间，CFD方法进行除霜分析通常分两步走：
Step1：稳态分析，通过对AB区风速的评价，对除霜风道的优化。解析对象只涉及空气(不考虑玻璃)，此时对玻璃层不求解任何方程，这样可以显著减少计算时间。该稳定的流场将被作为初场进行下一步计算。
Step2：瞬态分析，根据GB11555评价AB区除霜效果。在上一步获得的稳态流场基础上，将玻璃层纳入求解域。在全部计算域进行流动/换热计算，并打开除霜模型，开始除霜解析(非稳态)。
（二）稳态分析设定
1.导入模型：该模型中输入的是已经生成好的体网格，除霜仿真需考虑玻璃与冰层，因此需设置固体域，即在模型上对车窗进行法向拉伸（玻璃厚度），并设为独立零部件，如下图：
 
 
2.选择物理模型：本案例有空气域（乘员舱）和固体域（挡风玻璃），因此需要分别设置空气域的物理模型和固体域的物理模型，并定义空气和玻璃的材料属性。物理模型选择如下：可根据实际情况设置空气、玻璃与冰面的材料属性；
 
 
3. 将乘员舱模型与玻璃模型分别分配至区域，对稳态初场，固体区物理模型先不勾选；
4.设置空气域边界条件：
（1）物理条件>初始条件选项>指定区域值>初始条件>静态温度设置为 -18℃；
（2）入口>速度入口>速度设置为10m/s>入口温度设置为40℃；
（3）出口>压力出口>压力设置为0Pa>出口环境温度设置为 -18℃；
（4）壁面>物理条件>热规范>绝热。
5.进行稳态求解，保存稳态结果。
（三）瞬态分析设定
1.设置空气域瞬态模型：取消定常分析，选择隐式非定常，如下图所示：
 
2.激活固体区域模型，创建流体域与固体域的交界面：同时选中流体域和固体域相接触的面，右键创建interface；
3.设置边界条件：
（1）在玻璃外表面物理条件中，设置薄膜选项为“冰层”，设置物理值，冰层厚度为 0.5 mm。
 
 
（2）玻璃外表面物理条件>初始条件选项>指定区域值>初始条件>静态温度设置为-18℃；
（3）玻璃外表面物理条件>热规范为对流>热传递系数为7.9 W/ >环境温度设置为-18℃。
4.求解设置：
（1）求解器>隐式非稳态>时间步>1s；
（2）停止标准>Maximum Inner Iterations>最大内部迭代>20；
（3）停止标准>最大物理时间>1000s。
（四）运行模拟
计算结果如下：
 
 
 
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