基于STAR-CCM+的空调入口雨水分析

杨静

摘 要：文章应用star-ccm+软件，分别通过拉哥朗日多相流模型和VOF 模型对雨漏CFD分析进行模拟，用以考察雨水的运动过程以及雨漏内部的积排水现象等，通过雨漏CFD分析可以预测空调内部是否会有雨水进入，以及进水量是否会对空调性能产生影响。

关键词：star-ccm+;雨漏分析;空调进水

中图分类号：U463.31  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）20-132-02

Abstract： In this paper， star CCM+software is used to simulate the water intrusion CFD analysis through Lagrange multiphase flow model and VOF model respectively to investigate the movement process of rain water and the accumula -tion and drainage phenomenon inside the rain drain. Through the CFD analysis of rain leakage， we can predict whether the air conditioning will enter or not， and whether the water inflow willaffect the air conditioning performance.

Keywords： Star-ccm+; Water Intrusion; Water in air conditioner

CLC NO.： U463.31  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）20-132-02

前言

为了保持汽车车厢内的舒适度，需要有合适的温度场和速度场。空调箱的入口作为新风进风口，通常与车身钣金对接，空气从通风盖板进风格栅，进入雨漏，然后经过空调的温度处理，最后从各个风口送出，以满足除霜除雾法规要求和舒适性要求。

既然乘员舱有与外部相通的进风口，就会存在外部杂质或者水分进入空调箱以及乘员舱的可能。若水进入空调，会影响空调的使用性能，进入驾驶舱则会影响乘坐舒适性，并且会造成车内部件的锈蚀。

1 两相流模型

两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流;其中含有多种尺寸的颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。

对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系;而另一个是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。

拉格朗日多相流对每一个粒子跟踪、求解轨迹，以及运动变化，关心的是每一个粒子的运动变化。但同时不能考虑粒子与粒子间的碰撞，相互作用，当要求粒子的体积大于网格大小时不能求解。因此当体积分率大于40%时，粒子间的相互作用无法忽视，因此这种情况不能应用拉格朗日多相流。

VOF模型没有粒子的概念，VOF模型是一种求解相与相间具有明显界面的问题，并关心相与相间的界面。

2 模型与边界条件

2.1 模型建立

建模时要充分了解雨水的流经路径，计算模型包括发动机内外盖板、前挡风玻璃、通风盖板、雨漏等，只考虑雨水在车辆前部的流经区域，对模型做适当简化。建模时考虑两种物理模型不同，运用VOF模型时需要建立水域。模型示意如图1所示。

2.2 边界分析

分析为瞬态工况，分别采用Lagrangian multiphase和VOF模型，湍流求解采用k-εhigh Reynolds model，Lagrangian multiphase主要为查看雨水的运动，用VOF模型主要是确认流体的连续运动和静止的位置，用以查看雨漏的排水和积水状况，两种模型分析目标不同。

3 结果分析

通过分析主要是查看是否会有雨水进入空调口，以及进入的雨水量是否会对空调性能产生影响，为此需要建立空调入口及通风盖板口的进雨量，对比空调入口处的进雨量量比例，以确定是否會对空调性能产生影响。

在雨漏的CFD分析过程中，不仅要监控空调内部是否会进水，还应该考虑雨水进入雨漏内部后能否及时排出，是否会在雨漏内部形成积水而造成腐蚀现象等。要考虑积排水现象，需要通过采用VOF模型来做瞬态模拟，并且物理时间相应要做长一点，以便更好的观察积水现象。运用VOF模型模拟建模时需要建立一个水域，以水坝控制条件来分析。

通过雨漏内部的雨水流动瞬态变化可以看出，雨水在进入雨漏内部后，由于内部结构为中间部分较高，两边区域较平坦，这样雨水进入后迅速向两边流淌，并通过漏水口缓慢漏出，但由于两边平坦的结构会形成滞流形成少量积水。

4 雨漏内部雨水随时间变化图

通过观察流体的连续运动和静止位置，可以看出雨漏内部最终的积水状况，从图7看出中间部分积水厚度为0.3mm，内部的结构厚度约0.5mm，这部分积水一般会自然烘干，不会产生腐蚀现象。

4 结论

（1）应用STAR-CCM+软件可以模拟下雨情况下雨水是否会进入空调内部，对空调性能产生影响，同时可以模拟雨漏内部的积、排水现象。

（2）根据仿真目标不同，选择不同的物理模型及边界条件等，可以达到我们的分析目标。

参考文献

[1] STAR-CCM+ USER GUID.

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