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计算流体动力学（CFD）在汽车空调系统除霜性能模拟分析的应用研究

作　者: 张殿龙
导　师: 宋桂秋
学　校: 东北大学
专　业: 机械工程
关键词: 紊流模型除霜风道数值模拟 CFD
分类号: O351.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文介绍了计算流体动力学(CFD)的基本理论、发展历史、及其在汽车各系统尤其是空调管路系统设计过程中的应用,阐述了CFD在汽车空调除霜设计过程中所起到优化设计的重要作用。通过计算流体动力学的分析,可以大大节省汽车空调除霜系统设计的时间、费用,通过合理选择软件分析方法,能够比较真实的反映出空调吹风除霜的效果,具有很好的科学研究和实用价值。计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)是通过计算机数值计算和图像显示,对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做分析的一门学科。CFD相当于“虚拟”地在计算机做实验,用以模拟仿真实际的流体流动情况。CFD方法与传统的理论分析方法、实验测量方法组成了研究流体流动问题的完整体系,互为补充,相得益彰。N-S方程组是流体流动所需遵守的普遍规律。求解N-S方程组,即可得流场的速度、温度、压力等物理量分布。建立不同的紊流模型来模拟汽车内外空气流动状况。本论文是采用高雷诺数的K-ε模型,流场算法采用SIMPLE算法及有限体积法的数值离散方法来直观的模拟分析某车型的汽车空调除霜系统对于前挡风和侧面车窗的除霜效果,以用于进一步优化设计,然后通过多轮设计分析过程直到得到比较满意的效果为止。冬天气温下降到零度以后,停在户外的汽车玻璃上会结上一层冰霜,对行车安全产生危害。在国内GB11556-94对汽车的除霜系统性能做出了严格的规定。汽车空调除霜性能对汽车驾驶和交通安全非常重要,本文利用CFD方法对某车型汽车的除霜性能进行了出风气流的分析,在满足国家标准规定的前提下对除霜风道、通风檐口、除霜檐口等关键部位进行了多轮改进和多次分析计算,要求风速、除霜面积符合规定要求,同时避免回流,最终得到了满足设计要求的除霜系统。比普通空调除霜实验分析所得到的结果再指导设计的过程节省了大量时间,同时不须制作快速样件,节约了成本。CFD模拟对于在汽车前期设计开发阶段就及时发现问题解决问题发挥了巨大的作用,节约了财力物力,缩短了产品的开发周期,也为整个汽车前期开发设计使用计算机模拟进行研究提供了很好的借鉴。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章概述  10-28
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 计算流体力学的研究进展综述  11-15
  1.3 计算流体力学在汽车行业中的具体应用  15-20
    1.3.1 针对汽车内外流动的CFD分析  15-19
    1.3.2 针对动力总成系统流动的CFD分析  19-20
  1.4 CFD(计算流体动力学)的概念与特点  20-25
  1.5 应用于汽车设计的计算流体力学理论  25
  1.6 计算流体动力学的长处与局限性  25-26
  1.7 实验方法和数值仿真的关系  26-28
第二章计算流体力学仿真的基本理论  28-40
  2.1 计算流体力学仿真的基本方法与理论  28-31
  2.2 三维N-S方程模型的计算方法  31-33
  2.3 紊流模型  33-35
  2.4 标准K-ε模型  35-37
  2.5 数值离散的方法  37-38
  2.6 本章小结  38-40
第三章 CFD分析软件的应用与分析过程  40-44
  3.1 CFD常用软件的应用  40-41
  3.2 CFD分析过程  41-43
  3.3 本章小结  43-44
第四章 CFD模拟方法在汽车空调除霜性能中的应用  44-52
  4.1 对于汽车空调除霜性能的要求  44
  4.2 计算模型的建立及方案确定  44-49
    4.2.1 几何模型建立  44-46
    4.2.2 网格生成  46-48
    4.2.3 边界条件  48
    4.2.4 计算过程  48-49
  4.3 本章小结  49-52
第五章计算结果分析与模型修改  52-68
  5.1 分析结果一  52-53
  5.2 分析结果二  53-57
  5.3 分析结果三  57-59
  5.4 分析结果四  59-61
  5.5 最终分析结果  61-66
  5.6 本章小结  66-68
第六章结论  68-70
参考文献  70-74
致谢  74

计算流体动力学（CFD）在汽车空调系统除霜性能模拟分析的应用研究

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