一种汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法

本发明属于汽车水管理，尤其涉及一种汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法。

背景技术：

1、近年来，随着科技进步和生活水平的提高，中国汽车市场已经进入到一个消费者日益成熟和理性的全新阶段，其中一个重要标志就是人们对汽车质量和品质的要求日益提高。汽车空调进气格栅位于整车外观视觉的重点关注区域，作为前挡风玻璃和机舱盖之间的外饰连接件，其与周边零部件的匹配以及整体造型都极大影响着用户对整车品质的认可。

2、车辆在雨天行驶及商业洗车的情况下，水流会沿着前风挡玻璃通过集雨器(雨刮盖板)进入导水槽，并沿着导水槽排水管排到地面。空调外循环进风口通常位于导水槽内，雨水更易溅入或被吸入空调系统，导致空调系统漏水、发霉、发臭，出现严重的感知质量问题，势必影响驾乘人员体验及舒适性。

3、现阶段车辆雨场景水管理质量主要依托于实车测试，这种方式发现问题晚，解决问题方案有限。随着虚拟仿真技术的发展，越来越多的学者开始采用cfd仿真研究整车水管理问题，从而实现项目开发任务前置的目的。但是目前还没有一个明确的空调外循环数值模拟方法。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法，包括以下步骤：

3、步骤1：创建三维数值模拟模型，所述模型不包括汽车底盘、车轮等与空调外循环工作无关的部件；进行表面的平整光顺；充分保留空调进气格栅的几何特征，力求准确；避免驾驶室空腔的影响，将驾驶室封闭，从发动机罩前沿建立计算域，将驾驶室与计算域作为计算域ground，生成整体计算域；

4、步骤2：对所得到的整体计算域确定初始边界条件，划分区域和加密域；设置流场仿真相关物理模型，选择合适的负压基准；模拟空调外循环工作状态的负压状态；重复试验，得到所需进气量下空调出口负压基准；

5、步骤3：对所得到的空调外循环工况下的流场进行数据导出、处理，得到各点的速度矢量，为后续液相仿真提供准确的气相环境；

6、步骤4：根据雨刮器结构，定义刮片、支撑杆、摆臂三个关联坐标系；根据工况要求和电机频率，确定最大摆动频次、位置和角度，在一个工作循环内，逐帧调节支撑杆、摆臂的相对位置，确保刮片与弧形玻璃面始终刚接触；

7、步骤5：根据所需的外循环工况，利用旋转坐标系法模拟鼓风机的工作，并根据工况要求，确定鼓风机的旋转速度；

8、步骤6：根据所需数值模拟工况，确定雨水粒子直径、淋雨强度，喷射器大小、喷射器位置，保证空调外循环工作状态下与其相关的局部结构均在喷射器作用范围内；

9、步骤7：根据所需建立传感器，监测区域包括空调进气口、出气口、格栅、集雨器排水口，实时监测进水情况，保证数值模拟准确无误进行；

10、步骤8：根据步骤7所得到的进水情况进行原因分析：考虑气流效应，分析工况下气流对于雨水的引导作用；利用粒子示踪法，对于积水、进水部位粒子进行示踪，确定其来源确定进一步的优化方向与措施。

11、进一步的技术方案，在步骤1中，所创建的三维数值模拟模型，充分保留了空调格栅的几何特征，极大地简化、删减与所需部件无关的部件；将模型处理到可以直接生成体网格计算状态，避免集雨器、导水槽等细小结构因减运算造成的几何特征的消失。

12、进一步的技术方案，在步骤2中，根据t/csae 112-2019乘用车空气动力学仿真规范，确定整体的体网格策略；

13、选取k-ε湍流模型，设置空气密度、动力粘度；

14、根据不同的负压基准，反复检测吸入空气的质量流量数据，进行换算，得到所需的空调进气量。

15、给予空调出风口负压，能够准确模拟空调外循环工况下的空气吸入过程，气体从空调进气格栅处进入，从空调出气口排出；多次重复试验，能够准确确定所需工况下的进入空气质量流量，使模拟更贴近实际情况，更精确。

16、进一步的技术方案，在步骤3中，将空调外循环工况工作状态下产生的气流吸入情况进行准确模拟，导出各点速度矢量数据，对于液相的引入以及液相准确地流向、堆积提供了强有力支撑。

17、进一步的技术方案，在步骤5中，根据所需数值模拟工况，空调外循环进气主要是靠鼓风机的作用产生负压，将车辆外部气流沿空调进气格栅、空调进气腔、蒸发箱，进入驾驶室内。准确设置相应参数，利用旋转坐标系法建立鼓风机的物理模型，便于后期进行针对鼓风机转速对空调进水的研究工作。

18、进一步的技术方案，在步骤6中，根据所需数值模拟工况，准确设置相应参数，并将空调格栅以及对外循环工作状态影响的结构，包括发动机罩后部、a柱等囊括在喷射器作用范围下，而对空调工作无影响的结构，不给予水粒子，极大地节省计算资源，提高计算效率。

19、进一步的技术方案，在步骤7中，建立关键部位的传感器，实时监测进水情况，能够准确了解相关设置是否合理，所需要求是否实现，使模拟仿真更加准确。

20、进一步的技术方案，在步骤8中，考虑气流效应和粒子追踪法对进水情况进行分析，分析气流效应对空调进水的影响。

21、本发明实施例提供的一种汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法，七有益效果如下：

22、1)提供了一种新型的汽车空调外循环工况下空调进水数值模拟的前处理方法，利用前处理软件，除去无关部件、进行表面平整光顺、保留空调格栅几何特征、避免驾驶室影响进行驾驶室封闭、生成整体计算域，避免布尔运算带来的几何特征损失；

23、2)采用此方法分析及优化可靠性高，能够准确定位空调进气口进水路径及进水量，为设计整改方案提供技术支撑；

24、3)该方法更容易同时考虑鼓风机转速、进气效应、雨刮摆动等复杂过程，可应用于车辆开发阶段，改变目前车辆淋雨场景水管理质量主要依托于实车测试的现状，也可推及至车辆水管理相关的其他性能，同时降低开发成本。

技术特征：

1.一种汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤1包括以下具体步骤：

3.根据权利要求2所述的汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2包括以下具体步骤：

4.根据权利要求3所述的汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤4包括以下具体步骤：

5.根据权利要求4所述的汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法，其特征在于，在所述步骤1中，喷射器参数包括喷射器大小和喷射器位置；降水强度包括雨水粒子直径、淋雨强度。

6.根据权利要求5所述的汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法，其特征在于，在所述步骤7中，监测区域包括空调进气口、空调出气口、空调格栅、集雨器排水口。

7.根据权利要求6所述的汽车空调外循环工况进水的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤8包括以下具体步骤：

技术总结本发明适用于汽车水管理技术领域，提供了一种汽车空调外循工况环进水的数值模拟方法，该方法包括：步骤1：创建三维数值模拟模型；步骤2：空调工作状态仿真，确定空调进气量；步骤3：获得外循环工况下的稳态流场；步骤4：实现雨刮运动；步骤5：确定喷射器参数和降水强度；步骤6：监测空调系统进水情况；步骤7：对空调仿真结果进行原因分析。该方法通过对汽车空调外循环进水的数值模拟分析，能够确定不同的汽车空调外循环工况下的水管理性能，可以对空调的水管理性能进行优化改进，从而在汽车空调研发阶段进行仿真模拟，保证后续生产的顺利进行。技术研发人员：张英朝,宗帅,周睿卓,李乾坤,王硕,王国华,张喆,常贺,苏畅,刘海鹏,苗淑娟受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10