楊靜

摘 要：文章應(yīng)用star-ccm+軟件，分別通過拉哥朗日多相流模型和VOF 模型對雨漏CFD分析進(jìn)行模擬，用以考察雨水的運(yùn)動過程以及雨漏內(nèi)部的積排水現(xiàn)象等，通過雨漏CFD分析可以預(yù)測空調(diào)內(nèi)部是否會有雨水進(jìn)入，以及進(jìn)水量是否會對空調(diào)性能產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：star-ccm+;雨漏分析;空調(diào)進(jìn)水

中圖分類號：U463.31 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：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

為了保持汽車車廂內(nèi)的舒適度，需要有合適的溫度場和速度場?？照{(diào)箱的入口作為新風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，通常與車身鈑金對接，空氣從通風(fēng)蓋板進(jìn)風(fēng)格柵，進(jìn)入雨漏，然后經(jīng)過空調(diào)的溫度處理，最后從各個風(fēng)口送出，以滿足除霜除霧法規(guī)要求和舒適性要求。

既然乘員艙有與外部相通的進(jìn)風(fēng)口，就會存在外部雜質(zhì)或者水分進(jìn)入空調(diào)箱以及乘員艙的可能。若水進(jìn)入空調(diào)，會影響空調(diào)的使用性能，進(jìn)入駕駛艙則會影響乘坐舒適性，并且會造成車內(nèi)部件的銹蝕。

1 兩相流模型

兩相流：通常把含有大量固體或液體顆粒的氣體或液體流動稱為兩相流;其中含有多種尺寸的顆粒群為一個“相”，氣體或液體為另一“相”，由此就有氣—液，氣—固，液—固等兩相流之分。

對兩相流的研究有兩種不同的觀點(diǎn)：一是把流體作為連續(xù)介質(zhì)，而把顆粒群作為離散體系;而另一個是除了把流體作為連續(xù)介質(zhì)外，還把顆粒群當(dāng)作擬連續(xù)介質(zhì)或擬流體。

拉格朗日多相流對每一個粒子跟蹤、求解軌跡，以及運(yùn)動變化，關(guān)心的是每一個粒子的運(yùn)動變化。但同時不能考慮粒子與粒子間的碰撞，相互作用，當(dāng)要求粒子的體積大于網(wǎng)格大小時不能求解。因此當(dāng)體積分率大于40%時，粒子間的相互作用無法忽視，因此這種情況不能應(yīng)用拉格朗日多相流。

VOF模型沒有粒子的概念，VOF模型是一種求解相與相間具有明顯界面的問題，并關(guān)心相與相間的界面。

2 模型與邊界條件

2.1 模型建立

建模時要充分了解雨水的流經(jīng)路徑，計(jì)算模型包括發(fā)動機(jī)內(nèi)外蓋板、前擋風(fēng)玻璃、通風(fēng)蓋板、雨漏等，只考慮雨水在車輛前部的流經(jīng)區(qū)域，對模型做適當(dāng)簡化。建模時考慮兩種物理模型不同，運(yùn)用VOF模型時需要建立水域。模型示意如圖1所示。

2.2 邊界分析

分析為瞬態(tài)工況，分別采用Lagrangian multiphase和VOF模型，湍流求解采用k-εhigh Reynolds model，Lagrangian multiphase主要為查看雨水的運(yùn)動，用VOF模型主要是確認(rèn)流體的連續(xù)運(yùn)動和靜止的位置，用以查看雨漏的排水和積水狀況，兩種模型分析目標(biāo)不同。

3 結(jié)果分析

通過分析主要是查看是否會有雨水進(jìn)入空調(diào)口，以及進(jìn)入的雨水量是否會對空調(diào)性能產(chǎn)生影響，為此需要建立空調(diào)入口及通風(fēng)蓋板口的進(jìn)雨量，對比空調(diào)入口處的進(jìn)雨量量比例，以確定是否會對空調(diào)性能產(chǎn)生影響。

在雨漏的CFD分析過程中，不僅要監(jiān)控空調(diào)內(nèi)部是否會進(jìn)水，還應(yīng)該考慮雨水進(jìn)入雨漏內(nèi)部后能否及時排出，是否會在雨漏內(nèi)部形成積水而造成腐蝕現(xiàn)象等。要考慮積排水現(xiàn)象，需要通過采用VOF模型來做瞬態(tài)模擬，并且物理時間相應(yīng)要做長一點(diǎn)，以便更好的觀察積水現(xiàn)象。運(yùn)用VOF模型模擬建模時需要建立一個水域，以水壩控制條件來分析。

通過雨漏內(nèi)部的雨水流動瞬態(tài)變化可以看出，雨水在進(jìn)入雨漏內(nèi)部后，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)為中間部分較高，兩邊區(qū)域較平坦，這樣雨水進(jìn)入后迅速向兩邊流淌，并通過漏水口緩慢漏出，但由于兩邊平坦的結(jié)構(gòu)會形成滯流形成少量積水。

4 雨漏內(nèi)部雨水隨時間變化圖

通過觀察流體的連續(xù)運(yùn)動和靜止位置，可以看出雨漏內(nèi)部最終的積水狀況，從圖7看出中間部分積水厚度為0.3mm，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)厚度約0.5mm，這部分積水一般會自然烘干，不會產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。

4 結(jié)論

（1）應(yīng)用STAR-CCM+軟件可以模擬下雨情況下雨水是否會進(jìn)入空調(diào)內(nèi)部，對空調(diào)性能產(chǎn)生影響，同時可以模擬雨漏內(nèi)部的積、排水現(xiàn)象。

（2）根據(jù)仿真目標(biāo)不同，選擇不同的物理模型及邊界條件等，可以達(dá)到我們的分析目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] STAR-CCM+ USER GUID.

[2] 張健，方杰.VOF方法理論與應(yīng)用綜述[J]水利水電科技進(jìn)展.

[3] Stanton D W， Rutland C J. Multi-dimensional modeling of thin liquidfilms and spray-wall interactions resulting from impinging sprays[J].International Journal of Heat & Mass Transfer， 1998， 41 （20）：3037-3054.

[4] 王東，肖露，黃曉.汽車空調(diào)外循環(huán)進(jìn)水特性分析[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)， 2017，38（ 2）：144-149.