STAR CCM+除霜除雾分析与案例演示.pdfVIP

STAR CCM+除霜除雾分析及案例演示 -刘文东 概要 – 1 背景介绍 – 2 解决方案 – 3 案例分析 – 4 技术分享 背景介绍 »结雾 - 车窗表面气温接近零点，相对湿度达到100%时，空气中的水汽便会凝结 成细微的水滴附着到玻璃表面，这种现象称为结雾 背景介绍 »结冰 - 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°C 以下，则多余的水汽就在物体表面上凝 华为冰晶，这种现象称为结霜。 背景介绍 背景介绍 背景介绍 »De-fog\De-ice - 汽车挡风玻璃上的霜和雾会严重影响驾驶员的视野，对行车安全产生危害 ，GB11555-2009对汽车除霜系统性能作出了严格的规定。 - 汽车除霜\雾性能的关键因素是：出风口的数量、位置、出风角度以及横 截面积等。 解决方案 » 传统的除霜\雾风道及出风口设计主要依赖于积累的经验或者直接试验测试 ，该方法的弊端在于： - 对风道的内部结构设计不甚了解、对气流流动情况不清楚 - 没有理论依据的支撑，需要借助大量的试验验证 - 设计周期长、试验费用高 - 风道设计复杂且可靠性差 » 利用CFD数值模拟-用数学模型补充传统的试验研究 - 可以明确设计和性能方向 - 缩短研制周期、减少试验时间和经费 解决方案 – STAR CCM+除霜\雾模型： » Thin film模型-基于求解标量 方程的原理 - 更多的依赖于经验系数 - De-ice不适用于过低的环境温 度 » Fluid film模型-基于求解多 相流相变模型的原理 - 提供了更接近于实际物理过程 的De-fog和De-ice模型 - 能与其它传热模型联用 以上两种模型都对霜、雾存在的区域进行了简化处理，使用 了shell 模型。求解过程稳定、计算代价低 解决方案 – STAR CCM+除霜\雾模型： » VOF模型-基于求解多相流凝固、熔化模型的原理 - 求解相变模型 - 使用网格离散霜/雾空间区域 霜\雾存在的区域需要使用足够精密的网格才能准确捕捉霜\雾层的 变化过程。计算代价过高、计算周期长，工程上的实用性相对较差 解决方案 – Thin film VS. Fluid film ： » 分析对象：汽车前灯的除雾过程 - 相同的工况、相同的网格、相同的时间步长 解决方案 – Thin film VS. Fluid film ： » 时间步长：0.005s » 多面体网格，边界层数3层、网格量24万 时间步长的无关性验证 网格无关性验证 解决方案 – 两种模型的主要区别在于： » Thin film 模型的计算速度比Fluid film高出22% - Intel Xeon X5570@2.93GHz 解决方案 – 两种模型的主要区别在于： » Fluid film模型求解气体多组分模型，Thin film求解单气体模型 » Thin film模型通过求解标量的输运方程得到蒸汽的质量分数。并不求解 动量方程，通过对标量添加源/汇的方式处理蒸发/冷凝的过程 - 结雾层内没有网格离散，不会发生流动 -