轿车室内流场的仿真分析(附件)
车室的空间结构复杂，车室内的流体流动和换热一直是汽车空调领域研究的重点和难点。汽车空调的送风口布置形式和送风气流组织形式直接影响着车内的空气流速分布和车内的温度分布。通过汽车空调系统可以调节车室内空气温度和流速，使得车室内的速度场和温度场分布合理，提高车内乘员的乘坐舒适性。本课题利用PROE建立车室的物理模型，导入为parasolid文件，用ICEM16.0进行网格划分，再利用FLUENT16.0进行仿真分析，然后利用TECPLOT进行可视化处理，得到不同工况下车室的速度云图和温度云图。根据得到的速度云图和温度云图，我们便可以分析哪种工况对轿车乘员热舒适性的影响是最小的，即哪种工况下乘员是最舒适的，同时根据不同工况的对比分析对轿车的空调系统提出改进建议。关键词 车室，物理模型，流场，仿真，分析
目 录
1 绪论 1
2 汽车空调系统简析 4
2.1 车室内空气流动的特点 4
2.2 车室内的气流组织形式 5
2.3 汽车空调舒适性 5
3 车室物理模型的建立与分析 7
3.1 车室参数的获取 7
3.2 车室物理模型的建立 8
3.3 车室网格的划分 8
3.4 参数和边界条件设置 9
4 车室内流场的仿真模拟结果分析 14
4.1 送风温度相同，送风速度不同时轿车室内的流场 14
4.2 送风速度相同，送风温度不同时轿车室内的流场 18
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1课题研究背景和目的
随着收入水平的提高，人们越来越注重生活品质，特别是随着轿车的发展，人们对空调车的舒适性要求越来越高。室内空气质量、室内舒适度和室内气流的设计与室内气流的分布密切相关。因此，有必要对室内空气流场进行研究。然而，由于室内空间小、结构复杂、操作环境恶劣、容易受到太阳辐射等外部因素的影响，加大了实验研究的难度和准确性。所以，利用计算机模拟这些复杂的因素然后进行计算是非常由必要的。近年来，国内外已经广泛采用CFD来模拟计算汽车的各种流场。一些著名的外国汽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
车公司，如:通用、福特、克莱斯勒、日产等都在积极使用数值模拟方法进行相关研究。利用CFD数值模拟汽车车室的速度场和温度场可以轻松地控制各进风口的送风速度和送风温度以及送风角度，不仅减少了工作难度，同时也为我们对空调车的空调性能的研究提供了新的思路。
本课题目的是在查阅国内外文献的基础上，建立轿车室内的数学物理模型，应用FLUENT16.0软件对轿车室内的流场进行仿真计算并对模拟结果进行研究分析。
1.2课题国内外的研究发展状况
现今国内外研究空调车车室内的流场所采用的方法主要是：射流理论分析、模型试验和数值模拟两种方法进行研究。汽车内部空气的速度场和温度场的分布是影响室内热舒适性的两个重要因素，合理的汽车室内空气的速度和温度分布可以保证汽车的每一个乘员的舒适性。数值模拟可用于模拟各种复杂工况下的速度场和温度场。
在外国学术界还没有开始研究轿车室内流场的时候,大量从事此方面研究的科研人员就从软件的开发、流体的湍流模型、舒适的汽车室内流场以及汽车室内热环境的影响因素角度等方面，提出了影响轿车室内热舒适性的主要影响因素是车室内空气的速度场和温度场。
1988年，荷兰的大学教授Kooi模拟了一辆维和车辆车室的内流场。第二年，Kooi教授又利用PHOENICS软件对轿车的车室的内流场和各个进风口和出风口进行了分析，同时对比分析了有害气体的相对位置、速度和温度，得出了空气分布形式的最好状态。1989年，随着软件VINE3D的开发，Kooi教授利用该软件对汽车车室的温度场和速度场进行了数值计算并且利用该软件模拟了车室内的温度从高到低变化的过程。基于Han在1991年开发的软件，Lin模拟了GM10车辆的流场和温度场，研究了不同的空气供给和区域风形成对室内乘客热舒适的影响。Yamamoto在1990年以卡车为研究对象，对卡车内的气流场进行了模拟，简化了卡车网格模型的计算，计算了卡车的室内速度分布，并进行了实验研究，验证了模型的准确性。在1992年，Ingersoll综合考虑了热舒适模型，考虑了汽车的外观、材料、玻璃的厚度、汽车的位置以及汽车内部温度场和流场的影响等室外气候因素，更全面地评价了热舒适性。1993年，Chang使用CFD技术研究了供气出口位置对公共汽车温度和速度的影响。Kojima等人1999年采用简单线性图论模拟的室内温度场和速度场分布研究这种方法并不理想,所以需要修改温度场计算过程和基于测量速度场估计汽车室内温度,温度修正后和实测温度基本相同。Hohler利用区域计算方法研究大型客车室内流场和温度场的分布。通过对计算结果的分析，可以看出，车内的湿度和相应的热流密度随时间的变化而变化。2000年，Vlove的Dag Aronson等人使用CFD模拟了汽车箱内的流场，将仿真结果与PIV测试结果进行比较，比较结果表明,仿真结果和实验结果基本相同,但汽车内饰仪表板的上部区域之间有巨大差异的CFD模拟和PIV实验结果,作者认为这是由于非结构化网格的应用,模拟流体模型是kε模型。2002年，林杰黄、泰一汉等人在模拟太阳辐射的条件下，在室外模拟太阳辐射的条件下，对室内空气流场的冷却条件进行了分析，分析了快速低成本汽车对室内热舒适性的影响，通过车辆的流场试验验证了仿真模型的有效性。戴姆勒克莱斯勒公司的Joachim Currle和JorgenMaue research car在2000年对供气出口面积和空气供给空气质量对车辆乘员的舒适性影响进行了分析，分析结果显示，车室前部成员的面部感觉是不适的。为了提高空气供给的舒适性，可以适当地改变送风口的风速和风量分布。Toru Takabayashi同年,很多研究热舒适的车,在考虑墙体材料的研究对车内温度场和流场影响,相比之下,窗户玻璃和防辐射玻璃窗口,显示窗口玻璃的优点与辐射防护能力。2004年Shocaee et al数值模拟了普通汽车空调系统的三维流场和温度分布,分析了空气温度、空气进口速度、进口位置和数量的进气口在汽车内的流场和温度场的影响,应用CFD技术对汽车室内空气分布结构进行了优化,在车室里面增加出风口能有更好的效果。
目 录
1 绪论 1
2 汽车空调系统简析 4
2.1 车室内空气流动的特点 4
2.2 车室内的气流组织形式 5
2.3 汽车空调舒适性 5
3 车室物理模型的建立与分析 7
3.1 车室参数的获取 7
3.2 车室物理模型的建立 8
3.3 车室网格的划分 8
3.4 参数和边界条件设置 9
4 车室内流场的仿真模拟结果分析 14
4.1 送风温度相同，送风速度不同时轿车室内的流场 14
4.2 送风速度相同，送风温度不同时轿车室内的流场 18
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1课题研究背景和目的
随着收入水平的提高，人们越来越注重生活品质，特别是随着轿车的发展，人们对空调车的舒适性要求越来越高。室内空气质量、室内舒适度和室内气流的设计与室内气流的分布密切相关。因此，有必要对室内空气流场进行研究。然而，由于室内空间小、结构复杂、操作环境恶劣、容易受到太阳辐射等外部因素的影响，加大了实验研究的难度和准确性。所以，利用计算机模拟这些复杂的因素然后进行计算是非常由必要的。近年来，国内外已经广泛采用CFD来模拟计算汽车的各种流场。一些著名的外国汽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
车公司，如:通用、福特、克莱斯勒、日产等都在积极使用数值模拟方法进行相关研究。利用CFD数值模拟汽车车室的速度场和温度场可以轻松地控制各进风口的送风速度和送风温度以及送风角度，不仅减少了工作难度，同时也为我们对空调车的空调性能的研究提供了新的思路。
本课题目的是在查阅国内外文献的基础上，建立轿车室内的数学物理模型，应用FLUENT16.0软件对轿车室内的流场进行仿真计算并对模拟结果进行研究分析。
1.2课题国内外的研究发展状况
现今国内外研究空调车车室内的流场所采用的方法主要是：射流理论分析、模型试验和数值模拟两种方法进行研究。汽车内部空气的速度场和温度场的分布是影响室内热舒适性的两个重要因素，合理的汽车室内空气的速度和温度分布可以保证汽车的每一个乘员的舒适性。数值模拟可用于模拟各种复杂工况下的速度场和温度场。
在外国学术界还没有开始研究轿车室内流场的时候,大量从事此方面研究的科研人员就从软件的开发、流体的湍流模型、舒适的汽车室内流场以及汽车室内热环境的影响因素角度等方面，提出了影响轿车室内热舒适性的主要影响因素是车室内空气的速度场和温度场。
1988年，荷兰的大学教授Kooi模拟了一辆维和车辆车室的内流场。第二年，Kooi教授又利用PHOENICS软件对轿车的车室的内流场和各个进风口和出风口进行了分析，同时对比分析了有害气体的相对位置、速度和温度，得出了空气分布形式的最好状态。1989年，随着软件VINE3D的开发，Kooi教授利用该软件对汽车车室的温度场和速度场进行了数值计算并且利用该软件模拟了车室内的温度从高到低变化的过程。基于Han在1991年开发的软件，Lin模拟了GM10车辆的流场和温度场，研究了不同的空气供给和区域风形成对室内乘客热舒适的影响。Yamamoto在1990年以卡车为研究对象，对卡车内的气流场进行了模拟，简化了卡车网格模型的计算，计算了卡车的室内速度分布，并进行了实验研究，验证了模型的准确性。在1992年，Ingersoll综合考虑了热舒适模型，考虑了汽车的外观、材料、玻璃的厚度、汽车的位置以及汽车内部温度场和流场的影响等室外气候因素，更全面地评价了热舒适性。1993年，Chang使用CFD技术研究了供气出口位置对公共汽车温度和速度的影响。Kojima等人1999年采用简单线性图论模拟的室内温度场和速度场分布研究这种方法并不理想,所以需要修改温度场计算过程和基于测量速度场估计汽车室内温度,温度修正后和实测温度基本相同。Hohler利用区域计算方法研究大型客车室内流场和温度场的分布。通过对计算结果的分析，可以看出，车内的湿度和相应的热流密度随时间的变化而变化。2000年，Vlove的Dag Aronson等人使用CFD模拟了汽车箱内的流场，将仿真结果与PIV测试结果进行比较，比较结果表明,仿真结果和实验结果基本相同,但汽车内饰仪表板的上部区域之间有巨大差异的CFD模拟和PIV实验结果,作者认为这是由于非结构化网格的应用,模拟流体模型是kε模型。2002年，林杰黄、泰一汉等人在模拟太阳辐射的条件下，在室外模拟太阳辐射的条件下，对室内空气流场的冷却条件进行了分析，分析了快速低成本汽车对室内热舒适性的影响，通过车辆的流场试验验证了仿真模型的有效性。戴姆勒克莱斯勒公司的Joachim Currle和JorgenMaue research car在2000年对供气出口面积和空气供给空气质量对车辆乘员的舒适性影响进行了分析，分析结果显示，车室前部成员的面部感觉是不适的。为了提高空气供给的舒适性，可以适当地改变送风口的风速和风量分布。Toru Takabayashi同年,很多研究热舒适的车,在考虑墙体材料的研究对车内温度场和流场影响,相比之下,窗户玻璃和防辐射玻璃窗口,显示窗口玻璃的优点与辐射防护能力。2004年Shocaee et al数值模拟了普通汽车空调系统的三维流场和温度分布,分析了空气温度、空气进口速度、进口位置和数量的进气口在汽车内的流场和温度场的影响,应用CFD技术对汽车室内空气分布结构进行了优化,在车室里面增加出风口能有更好的效果。
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