Q/SZJ191001-2017HVAC本體CFD分析規(guī)范SpecificationofCFDAnalysisofHVCBox20XX20XX-12-31實(shí)施20XX-11-27發(fā)布XXXX汽車(chē)工程技術(shù)有限公司發(fā)布Q/SZXX-X-2017HVAC本體CFD分析規(guī)范范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了術(shù)語(yǔ)和定義、HVAC本體CFD分析及結(jié)果處理方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于CAE部門(mén)HVAC本體CFD分析。規(guī)范性引用文件無(wú)。術(shù)語(yǔ)和定義無(wú)。摘要Abstract本規(guī)范規(guī)定了用StarCCM+進(jìn)行HVAC本體CFD分析的內(nèi)容。本規(guī)范適用于XX汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)的乘用車(chē)HVAC本體CFD分析。ThisproceduredefinestheHVACboxCFDanalysisusingStar-CCM+.It’sapplicablefortheXXautomotivecompanypassengercarsCFDanalysisofHVACbox.流程圖ProcessFlowDiagram圖1流程圖工具描述ToolDescription仿真分析過(guò)程中需要用到的如下軟件:Thefollowingsoftwarefacilitatestheanalyticalsimulationprocess:前處理(Preprocessors):Hypermesh求解器(AnalysisCode):Starccm+后處理(Postprocessors):Starccm+建模和分析過(guò)程Modeling/AnalysisProcedure單位Units分析中所用單位制如下所示:Theunitsusedintheanalysisareasfollows:力(Force) 牛頓(N)質(zhì)量(Mass) 千克(Kg)長(zhǎng)度(Length) 米(M)時(shí)間(Time) 秒(Second)幾何模型建立Geometrymodeling為實(shí)現(xiàn)采暖、制冷、除霜除霧等車(chē)內(nèi)氣候調(diào)節(jié)功能，HVAC內(nèi)風(fēng)門(mén)通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制可以實(shí)現(xiàn)五個(gè)模式的切換，這五個(gè)模式分別為除霜全熱、吹面全冷、除霜吹腳、吹面吹腳、吹腳全熱。運(yùn)用CFD手段對(duì)五種模式下HVAC的氣流組織均勻性、內(nèi)部溫度場(chǎng)分布、壓力損失、流量分配等物理量進(jìn)行分析，并提出優(yōu)化建議。本文主要介紹除霜全熱模式CFD分析的步驟，其它模式可參考類(lèi)似執(zhí)行。HVAC總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。圖2HVAC總體結(jié)構(gòu)HVAC模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需要對(duì)整個(gè)HVAC分塊建模，需要將HVAC分解為鼓風(fēng)機(jī)、濾芯、蒸發(fā)器、暖風(fēng)芯體、殼體等幾個(gè)部分，之后用Interface拼接。模型分組HVAC幾何數(shù)據(jù)，如圖2所示，該HVAC結(jié)構(gòu)分為7個(gè)部分，分別為PART1、PART2、PART3、PART4、蒸發(fā)器、暖風(fēng)芯體、鼓風(fēng)機(jī)。其中PART1-4為四個(gè)氣體區(qū)域。由于整個(gè)計(jì)算域中存在四個(gè)不連通的氣體區(qū)域、兩個(gè)多孔介紹區(qū)域以及一個(gè)旋轉(zhuǎn)區(qū)域，因此建議采用分開(kāi)建模，后將各塊連結(jié)起來(lái)的方式。首先PART1區(qū)域，如圖3所示，該區(qū)域?yàn)闅饬鹘?jīng)過(guò)暖風(fēng)芯體之后，進(jìn)入風(fēng)管之前流經(jīng)段，HVAC殼體內(nèi)部包括吹面風(fēng)門(mén)、除霜風(fēng)門(mén)、模式調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)等機(jī)構(gòu)。由于本次建模以除霜全熱模式為例，因此將各風(fēng)門(mén)位置旋轉(zhuǎn)至除霜全熱模式時(shí)位置，如圖4所示。圖3PART1結(jié)構(gòu)圖圖4除霜全熱模式風(fēng)門(mén)位置網(wǎng)格生成PART1幾何確定好后，對(duì)幾何中存在的局部未封閉處進(jìn)行修補(bǔ)，使得PART1滿足包面要求，如圖5所示。利用Hypermesh對(duì)該部分劃分面網(wǎng)格，推薦面網(wǎng)格尺寸為3mm，然后將面網(wǎng)格數(shù)據(jù)以.nas格式導(dǎo)入到starCCM+。圖5PART1包面區(qū)域在starCCM+中導(dǎo)入PART1表面網(wǎng)格數(shù)據(jù)，選擇surfacewrapper和surfaceremesher的meshmodel，尺寸及相關(guān)設(shè)置如圖6所示。圖6包面設(shè)置必要時(shí)通過(guò)Featurecurves和ContactPrevention功能控制局部輪廓精度。通過(guò)上述設(shè)置，即可對(duì)PART1包面和表面重構(gòu)，得到最大內(nèi)部面，PART1CCM模型如圖7。然后可以方便地利用PolyhedralMesh功能生成多面休網(wǎng)格（Trim網(wǎng)格和四面體網(wǎng)格均可），將該體網(wǎng)格數(shù)據(jù)導(dǎo)出.ccm文件格式儲(chǔ)存起來(lái)，對(duì)PART1的操作結(jié)束。圖7PART1CCM模型同理，可對(duì)其它三部分氣體區(qū)域進(jìn)行包面并生成多面體網(wǎng)格，同樣以.ccm格式保存，其它氣體區(qū)域模型如圖8。圖8其它氣體區(qū)域模型網(wǎng)格處理HVAC中還包括蒸發(fā)器和暖風(fēng)芯體兩個(gè)多孔介質(zhì)，需要單獨(dú)建模，兩器的幾何通常較簡(jiǎn)單規(guī)矩，所以不難建立體網(wǎng)格模型，如圖9圖9兩器模型最后建立鼓風(fēng)機(jī)區(qū)域體網(wǎng)格，如圖10。圖10鼓風(fēng)機(jī)模型兩器和鼓風(fēng)機(jī)體網(wǎng)格均導(dǎo)出.ccm格式保存。經(jīng)過(guò)上述步驟，圖1所示的HVAC除霜全熱模式的7部分體網(wǎng)格模型全部建立，將7部分體網(wǎng)格同時(shí)導(dǎo)入starCCM+，并用6個(gè)interface將它們相連，便于后續(xù)計(jì)算設(shè)置，如圖11。HVAC完整模型和多面體網(wǎng)格截面示意圖分別見(jiàn)圖11和圖12。圖11HVAC完整模型圖12多面體網(wǎng)格截面示意圖邊界條件BOUNDARYCONDITIONS7.6.1多孔介質(zhì)設(shè)置根據(jù)多孔介質(zhì)（蒸發(fā)器、暖風(fēng)芯體、濾芯）PQ性能表擬合上述多孔介質(zhì)P-V曲線（見(jiàn)圖13），得出體現(xiàn)其性能的數(shù)學(xué)表達(dá)式，二次項(xiàng)系數(shù)/多孔介質(zhì)厚度為慣性系數(shù)，一次項(xiàng)系數(shù)/多孔介質(zhì)厚度為粘性系數(shù)。圖13多孔介質(zhì)P-V曲線對(duì)于與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系重合的多孔介質(zhì)，選擇與多孔介質(zhì)進(jìn)出口垂直的坐標(biāo)軸作為其流通方向；對(duì)于與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系不重合的多空介質(zhì)，根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建新的相對(duì)坐標(biāo)系，使其流通方向與相對(duì)坐標(biāo)系的某一坐標(biāo)軸一致。本規(guī)范假設(shè)以ZZ軸為多孔介質(zhì)主流方向?yàn)槔?。多孔介質(zhì)參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。表1多孔介質(zhì)參數(shù)設(shè)置PorousInertialResistanceXXComponent二次項(xiàng)系數(shù)/多孔介質(zhì)厚度*1000YYComponent二次項(xiàng)系數(shù)/多孔介質(zhì)厚度*1000ZZComponent二次項(xiàng)系數(shù)/多孔介質(zhì)厚度PorousViscousResistanceXXComponent一次項(xiàng)系數(shù)/多孔介質(zhì)厚度*1000YYComponent一次項(xiàng)系數(shù)/多孔介質(zhì)厚度*1000ZZComponent一次項(xiàng)系數(shù)/多孔介質(zhì)厚度7.6.2旋轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)置以鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇為基準(zhǔn)，創(chuàng)建相對(duì)坐標(biāo)系；以新的相對(duì)坐標(biāo)系中心作為旋轉(zhuǎn)區(qū)域中心點(diǎn)，以相對(duì)坐標(biāo)系Z軸作為旋轉(zhuǎn)軸，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)區(qū)域。本規(guī)范假設(shè)以Z軸為風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸為例。旋轉(zhuǎn)區(qū)域參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表2。表2旋轉(zhuǎn)區(qū)域參數(shù)設(shè)置AxisDirection[0.0,0.0,1.0]CoordinateSystemLaboratoryAxisOrigin[x,y,z]RotationRate--rpm7.6.3邊界條件設(shè)置模型分塊處理及分組較多，涉及到Interface等特殊邊界，按照表3中對(duì)應(yīng)描述分別進(jìn)行設(shè)置。表3邊界條件參數(shù)設(shè)置邊界位置邊界類(lèi)型模型進(jìn)口StagnationInlet模型出口PressureOutlet風(fēng)扇模型進(jìn)口、出口及邊界、濾芯進(jìn)口、濾芯出口、蒸發(fā)器進(jìn)口、蒸發(fā)器出口、暖風(fēng)芯體進(jìn)口、暖風(fēng)芯體出口Interface其他邊界Wall性能要求PERFORMANCEREQUIREMENT無(wú)。結(jié)果RESULT蝸殼流場(chǎng)分析及優(yōu)化計(jì)算結(jié)果收斂后，在蝸殼區(qū)域做多個(gè)截面圖、流線圖、矢量圖等，通過(guò)相關(guān)圖像查找蝸殼內(nèi)存在的流場(chǎng)問(wèn)題，如渦流、劇烈壓降、流動(dòng)分離等；通過(guò)對(duì)蝸舌、蝸殼、擴(kuò)壓段等位置進(jìn)行優(yōu)化，消除上述問(wèn)題。蝸殼內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)見(jiàn)圖14。圖14蝸殼內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)EvapKPI分析及優(yōu)化EvapKPI即某一截面上特定速度V的100%±20%所占該截面總面積的百分比，用以評(píng)價(jià)該截面上速度分布的均勻性，一般要求EvapKPI不低于80%。KPI優(yōu)化過(guò)程圖和KPI優(yōu)化結(jié)果圖分別見(jiàn)圖15和圖16。圖15KPI優(yōu)化過(guò)程圖圖16KPI優(yōu)化結(jié)果圖風(fēng)量分配風(fēng)量分配是空調(diào)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其直接影響整車(chē)空調(diào)在各個(gè)模式下的性能，包括舒適性、溫度分布、采暖/降溫效率等，故合理的風(fēng)量分配尤為重要。為達(dá)成合理的風(fēng)量分配，需要對(duì)HVAC進(jìn)行多方面進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化方向包括：風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)、風(fēng)門(mén)開(kāi)度、吹面常漏風(fēng)開(kāi)口、HVAC內(nèi)部流道等。模式風(fēng)阻HVAC內(nèi)部各個(gè)模式下阻力大小，直接影響HVAC供風(fēng)能力大小，嚴(yán)重影響空調(diào)箱性能，故必須保證其各個(gè)模式阻力處于合理值。HVAC風(fēng)阻造成影響較大，如采暖/降溫效率、采暖/降溫能力、總風(fēng)量大小、噪聲、舒適性等，故需要對(duì)不合理的風(fēng)阻進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化方向包括：風(fēng)門(mén)大小、風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)、內(nèi)部流道、蒸發(fā)器、暖風(fēng)芯體、濾芯等。HVAC內(nèi)部壓力變化圖見(jiàn)圖17。圖17HVAC內(nèi)部壓力變化圖漏熱分析HeatPickup芯體一直處于工作狀態(tài)，故在HVAC制冷過(guò)程中常出現(xiàn)漏熱現(xiàn)象，該現(xiàn)象造成HVAC制冷能力下降，影響整車(chē)空調(diào)性能。一般需要對(duì)漏熱嚴(yán)重問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化方向包括：風(fēng)門(mén)閉合度、風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)、流道結(jié)構(gòu)等。圖18漏熱現(xiàn)象圖線性度分析Linearity線性度是空調(diào)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，影響空調(diào)高低檔溫度變化率，進(jìn)而影