0 前言
隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車市場飽有率越來越高，客戶對汽車舒適性的要求也越來越高。車內溫度是影響車內舒適性的一項重要指標，進而汽車開發(fā)過程對乘員艙環(huán)境狀態(tài)提出更高的要求，改善汽車乘員艙環(huán)境狀態(tài)成為汽車開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，仿真模擬成為完成該任務的重要手段。
夏季，天氣炎熱造成車內溫度超過60℃，不僅影響舒適性，同時會對汽車安全性能有嚴重影響，所以需要在短時間內將車內溫度降低，達到乘員滿意的程度。實現(xiàn)該目的的方式主要有試驗和仿真兩種手段，試驗需要的周期較長、成本較高、變量不可控，而CFD仿真能大大縮短研發(fā)周期，同時可以逐個變量進行研究，所以仿真手段得到廣泛應用。
本文通過STAR CCM+對乘員艙降溫仿真分析，并與試驗進行對比。
1 創(chuàng)建模型
根據(jù)需要處理幾何模型，將模型處理成單一封閉的腔體。對封閉模型進行細節(jié)處理，使模型的重要部件保持準確性，利用STAR CCM+軟件進行體網格生成，對體網格進行相應檢查，保證模型符合分析要求。
1.1 處理幾何模型
需要的模型數(shù)據(jù)包括：乘員艙內表面、乘員艙玻璃面、通風管道數(shù)據(jù)、風口格柵數(shù)據(jù)、座椅數(shù)據(jù)、假人模型數(shù)據(jù)；應用相應建模軟件（例如Hypermesh）創(chuàng)建封閉的模型（圖1），對管道及格柵（圖2）等重要部件進行細化處理，保證分析模型的精度。
圖1 封閉模型
圖2 管道及格柵
1.2 生成體網格
將處理后的面網格導入STAR CCM+軟件，生成計算用體網格。體網格采用Trim形式，對管道、格柵、假人表面區(qū)域劃分一層邊界層。由于管道、格柵等區(qū)域特征較小，流速較高，對這些區(qū)域進行網格加密處理，設置完畢后生成體網格。
1.3 創(chuàng)建監(jiān)測點
根據(jù)相應試驗標準，在模型內部創(chuàng)建若干監(jiān)測點（圖3），主要包括：前排左頭部監(jiān)測點、前排右頭部監(jiān)測點、后排左頭部監(jiān)測點、后排中頭部監(jiān)測點、后排右頭部監(jiān)測點。
圖3 監(jiān)測點
2 分析參數(shù)設定
2.1 選擇物理模型
乘員艙降溫分析是模擬高溫日照條件下開空調吹面模式達到穩(wěn)定狀態(tài)后的車內溫度場、速度場等物理量，從而進一步獲得乘員舒適性信息。因此需激活Surface to Surface Radiation和Solar LOAds，且需考慮溫度梯度對氣流流動的影響，因此流動介質應選為Idea Gas，并加載Gravity。
日照設置需通過Azimuth angle和Altitude angle來定義日照方向，并通過Direct Solar Flux和Diffuse Solar Flux定義日照強度，如表1。
表1日照模型
2.2 模型邊界設定
邊界條件總體設置如表2所示。inlet需要定義進口風量和進風溫度，為確保inlet處定義的風溫與儀表板出風口處一致，將送風系統(tǒng)pipe\grid定義為絕熱邊界；Front seat處于艙內，與外界環(huán)境無熱交換，因此定義為絕熱邊界；Glass和其它wall定義為環(huán)境邊界，具體見表3和表4。
表2 邊界總體設置
表3 壁面邊界設置一
表4 壁面邊界設置二
3 分析結果
通過假人體表溫度（圖4）、乘員呼吸口附近五個監(jiān)控點（圖5）及其所在Z截面（圖6）內的整體溫度分布，來分析和評價某送風系統(tǒng)在某額定風量和溫度情況下在乘員艙內形成的溫度場。對于溫度較高的區(qū)域，若為重點區(qū)域，可通過優(yōu)化管道和格柵以及降低進風口溫度對其進行優(yōu)化。
圖4 假人體表溫度
圖5 監(jiān)測點溫度
圖6 Z截面溫度分布
4 結論
通過STAR CCM+軟件應用新的熱邊界，對乘員艙溫度場進行怠速工況的降溫分析，試驗值頭部平均溫度23.3℃，仿真值頭部平均溫度22.4℃，仿真與試驗誤差0.9℃。事實證明，通過該分析方法，明顯提高了乘員艙溫度場仿真分析精度，為指導設計發(fā)揮了重要作用。通過CFD仿真方法，在設計前期能規(guī)避很多設計問題，避免后期整改，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。在整車設計中，CFD發(fā)揮著越來越重要的作用。
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