10.16638/jki.1671-7988.2021.010.020
汽车风挡玻璃除霜效果CFD分析
王东
（苏州建设交通高等职业技术学校汽车工程系，江苏苏州215000）
摘要：霜是由冰晶组成，是空气中的相对湿度到达100%时，水分从空气中析出的现象。汽车挡风玻璃表面的霜是由于挡风玻璃温度低于0℃时，接近地表空气中的水汽直接在玻璃上凝华而成。在日常用车过程中，也会出现汽车前挡风玻璃表面被一层霜所覆盖的情况。此时车主往往会选择使用汽车除霜功能，其本质是从前挡风玻璃下方吹入热空气，以融化挡风玻璃表面的霜，从而达到除霜的目的。文章通过流体力学软件分析揭示了汽车除霜的过程。关键词：除霜；玻璃；分析
汽车玻璃品牌中图分类号：U463.85 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)10-71-02
CFD Analysis on Defrosting Effect of Automobile Windshield
Wang Dong
（Department of Automotive Engineering, Suzhou Institute of Construction & Communications, Jiangsu Suzhou 215000）
Abstract: Frost is composed of ice crystals. It is a phenomenon of water precipitation from the air when the relative humidity in the air reaches 100%. When the temperature of windshield is lower than 0 ℃, the water vapor in the air close to the ground surface condenses on the glass directly. In the daily use of cars, the front windshield surface will be covered by a layer of frost. At this time, car owners often choose to use the car defrost function. Its essence is to blow hot air under the front windshield to melt the frost on the windshield surface, so as to achieve the purpose of defrosting. This paper reveals the process of defrosting through the analysis of fluid dynamics software.
Keywords: Defrost; Glass; Analysis
CLC NO.: U463.85 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)10-71-02
前言
霜冻在秋、冬、春三季都会出现。霜是接近地层空气中的水汽，直接在地面或近地面的物体上凝华而成的。温度越低，空气密度就越大，比重也越大。随着空气的流动，最冷、最重的空气就会往最低处流动，到达最低处停留后，逐渐积聚凝华成霜。
1 建立模型
汽车前挡风玻璃除霜是一个复杂的物理过程。除霜效果受汽车品牌、车辆大小、环境温度等较多因素影响。本文旨在通过软件仿真模拟除霜的物理过程，为便于计算，将部分不影响揭示除霜过程计算的条件简化。
简化条件：（1）除霜时间尺度大于车舱内空气流动时间尺度；（2）假设车舱内流动为稳态；（3）只有温度与液相体积分数随时间发生变化。
建立模型，并进行网格划分，如图1所示。
网格包含三个计算区域：车舱（流体域）、玻璃（固体域）、霜（流体域）。对于风挡除霜问题，玻璃和霜的区域采用棱柱层网格，车舱区域采用四面体或六面体网格。
作者简介：王东（1990-），男，就职于苏州建设交通高等职业技术
学校汽车工程系，从事汽车专业教育工作。
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汽车实用技术
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图1 车厢及挡风玻璃网格划分结果
2 软件设置
在模型设置中，激活能量方程、湍流模型、凝固熔化模型，其他参数保持默认设置。
2.1 材料设置
本文及到三种材料：空气（air）、玻璃（glass）以及冰水混合物（ice_water），材料均为默认值。发生相变的材料仅为冰水混合物（ice_water）。
2.2 边界条件设置
设置空调出风口风速大小为3.5 m/s，温度为283 K，出口温度为285 K。
2.3 计算方式
本文的计算方式采用稳态计算加瞬态计算的方式。先采用稳态计算，稳态计算时不考虑传热。稳态计算后采用瞬态计算的方式，瞬态计算时假设车舱内流场稳定，仅考虑传热。
3 计算结果
查看挡风玻璃上液相分布，以反映除霜效果。
图2 600 s时刻挡风玻璃上液相分布图
如图2所示为600 s时刻挡风玻璃上液相分布。
如图3所示为800 s时刻风挡上液相分布。
图3 800 s时刻风挡上液相分布图
如图4所示为1000 s时刻风挡上液相分布。
图4 1000 s时刻风挡上液相分布图
4 结语
本文通过ANSYS软件，对汽车前挡风玻璃除霜过程进行仿真分析。分析结果指出：
（1）在除霜初始阶段，除霜效果最好的区域集中在空调出风口附近。
（2）随着时间的推移，车内温度上升，除霜区域面积扩大，在两个空调出风口中线区域除霜效果好于两边。
（3）整个除霜过程中，前挡风玻璃前沿及两边角落处除霜效果欠佳。