基于动网格技术的风挡除霜新方法的数值模拟摘要：运用CFD方法对某车型挡风玻璃除霜过程数值模拟，针对现有国标规定分区中A区除霜过慢的问题，提出了一种除霜新方法，在风口处设计能绕自身轴线回转的导流叶片，结合动网格技术，计算除霜瞬态过程.结果表明：叶片初始偏转角度为42°，A区的除霜效果最好，努赛尔数提高13.7%，270s时刻，令叶片以角速度ω=0.0733rad/s偏转，280s时刻回转至初始位置.A区霜层除去80%面积所需时间与原模型相比缩短60s，在保证除霜完全的基础上优先除去A区霜层，实现驾驶员视野的快速清晰.关键词：计算流体动力学；除霜；动网格：U461.1文献标识码：A汽车风窗玻璃结霜起雾是人们在日常生活中经常遇到且需要解决的问题，尤其是风挡关键视野区域除霜过慢，导致驾驶员视野不能快速清晰，造成安全隐患.国内外学者对汽车玻璃除霜除雾性能进行了广泛的研究，文献[1]使用STAR-CD实现了对前挡风玻璃除霜除雾效果的数值模拟.文献[2]将数值仿真结果与试验进行定性对比，验证了CFD方法的准确性.文献[3-4]采用数值仿真与试验验证相结合的方法，计算出风口风量分配，得出玻璃附近的流场分布，对除霜风管和内部结构进行改进，使得除霜效果满足所需要求.文献[5-6]研究了客车风挡的除霜效果，对吹风管道和送风口进行优化改进，针对空调热源不足，采用电阻丝加热方式加快除霜.文献[7]分析了气流从矩形出风口冲击固定倾斜壁面的流体热参数，将仿真结果与试验进行对比.文献[8]提出了一种除霜新方法，在风挡内部喷涂一层透明的材料，通过吸收太阳能解化霜层.文献[9]分析了除霜除雾试验过程和实验设备安装，并采用图像分析方法对除霜效果进行评价.前人所做的工作大多是对除霜管道结构进行优化或者在玻璃处提供额外热源以改善除霜效果，而从空气动力学角度，专门针对提高关键可视区域除霜效果的研究较少.传统的除霜喷嘴位于风挡玻璃下部，暖气流自下而上扩散开，霜雾也从下边缘逐渐解化，对驾驶员视野影响较大位置的霜雾解化较慢，基于此，本文应用V点确定法，将关键视野区域进行细分，并提出了一种新的风挡除霜方法：设计一出风导向机构，运用动网格技术，使暖气流的方向随着时间变化，首先除去关键视野区域的霜雾，之后导向机构回复至初始位置，融化其他位置的霜层.1数值计算方法1.1网格划分及边界条件乘员舱模型如图1所示，由于其内部几何结构复杂，采用四面体网格离散，并对玻璃附近网格进行加密，玻璃厚度4mm，霜层厚度0.5mm，玻璃和霜层采用棱柱体网格，网格总数为130万.边界条件：入口设置为速度入口，流量为380m3/h，出口为压力出口，其余为静止壁面，空气与玻璃、玻璃与霜层之间均为耦合热边界.计算过程中进行如下简化：1）将霜层视作一种流体，相变过程随温度变化，用液相率σ表征其融化状态，σ=T-TSTL-TS，TS其中TS为固相温度；TL为液相温度；σ=1说明解化完成.2）除霜过程只考虑热传导和热对流，忽略了辐射对除霜的影响.3）霜层在解化过程中仅发生相变，忽略冰霜融化后的流动.1.2湍流模型不同的湍流模型对流场计算结果会产生显著影响[10].RNGkε模型主要通过在大尺度运动和修正后的黏度项体现小尺度的影响，将小尺度运动从控制方程中移除.在对NavierStokes方程进行雷诺时均化处理时，引进了雷诺应力项uiuj，为使方程组封闭，必须对雷诺应力做出某种假定，在大量的实验基础上推导出雷诺应力方程如下[11]：这种湍流模型通过修正湍流黏度，考虑了平均流动中的旋转流动情况，可以更好地处理高应变率及流线弯曲程度较强的流动，因此它比较适合乘员舱内部流场的仿真计算.1.3数值计算方法的试验验证除霜试验需要环模风洞，成本较高，因此采用类似模型来验证计算方法的合理性，文献[12]采用某轿车风挡及HVAC模块，玻璃倾角39°，厚6mm，导热率1.4W，在挡风玻璃外表面安装一块功率为368W/m2的矩形热板（0.3048m×0.4572m），气流从送风口吹向挡风玻璃，用T型热电偶测得送风气流温度为25.5℃，最后采用液晶温度传感器测量热板位置处玻璃内壁的温度分布.为了验证数值方法的准确性，将仿真获得的结果与SubrataRoy的试验结果对比，图2为玻璃内表面Z=0.6333m位置点的试验与仿真得出...