基于Ansys Fluent 2021R1汽车后挡除霜CFD仿真（附直播教程）

导读：冬天开车的时候，最让人烦恼的就是挡风玻璃结霜。白色的霜层不仅影响驾驶员的驾驶体验，而且还严重威胁驾驶员的生命安全，稍不留神就酿成悲剧。不过不用担心，一辆合格的汽车是具备除霜功能的，在寒冷的冬季可以帮助车辆快速除霜除雾，这项功能由空调系统提供。

一般，汽车挡风玻璃分为前挡、侧挡和后挡。前挡和侧挡玻璃的霜一般是通过汽车空调吹出的热气来加热融化的，而后挡则是由印刷在其表面的电热丝加热来达到化霜的目的。

近日，Ansys 2021 R1新品发布系列网络研讨会如期而至， 2021 R1 Ansys Fluent最新功能终于揭开了庐山真面目。包括：用户界面和Fluent Meshing网格划分，和湍流、噪声、overset动网格、电池、多相流和燃烧物理模型，以及新的高速流动算法的加入和求解器的增强。

今天笔者借用Ansys Fluent 2021 R1软件，从一名汽车CAE工程师用户角度，来演示后挡除霜的CFD仿真案例（点击附件下载ANSYS 2021R1软件包一份，资料来自网友）。

一、几何模型

一般情况下，电热丝是印刷在后挡风玻璃上的，通上电后，电热丝发热，热量通过玻璃传递到霜层，使霜层融化。具体的几何模型如下图所示。

△ 后挡风玻璃带电热丝模型

二、网格划分

上一节展示的几何模型是在SCDM中创建的，在SCDM中创建好后挡玻璃几何模型后，我们点击主菜单标签Workbench，找到ANSYS转换，点击Fluent 2021 R1→密闭几何工作流程，见几何模型数据传输到Fluent Meshing中，具体如下图所示。

△ 启动Fluent Meshing

下面我们开始在Fluent Meshing中划分网格，具体步骤如下：

• 不用添加局部尺寸，在Workflow中直接来到Generate the Surface Mesh，网格尺寸保持默认。

• Describe Geometry。设置如下图所示，然后点击Describe Geometry。

△ Describe Geometry

• 一路默认来到Generate the Volume Mesh，设置体网格尺寸并生成体网格，具体如下图所示。

△ 体网格尺寸设置

生成体网格后的这一步非常关键，因为以上步骤只是创建了玻璃区域的体网格，冰层区域网格还没有创建，这个时候就需要用到Fluent 2021 R1提供的新功能：网格拉伸。

△ 拉伸体网格

△ 体网格

三、求解器设置

1、通用设置

在Fluent界面左侧的模型树中选择General，将CFD分析类型设置为瞬态，并开启重力，具体如下图所示。

2、物理模型

由于霜层融化过程涉及能量传递，所以我们需要开启能量方程，在模型树中选择Models→Energy并双击，在弹出的窗口中勾选能量方程。双击模型树中的Viscous，在弹出的Viscous Models窗口中选择层流模型，如下图所示。由于涉及冰层融化，这里我们需要开启凝固/融化模型，在Models中找到Solidification & Melting，并开启它。

3、新建材料

在模型树中选择Materials→Fluid，新建水材料，在Fluent材料库中找到Water-liquid，然后点击Copy即可创建，具体如下图所示。

再创建玻璃固体材料，这里我直接在默认的铝材料上修改其属性，如下图所示。

△ 玻璃属性

4、边界条件设置

首先为glass、ice两个区域添加正确的材料，分别修改为玻璃和水。然后设置各边界条件。电热丝为热源，其边界条件设置如下图所示。

玻璃内表面和冰层外表面设置为对流换热边界，具体如下图所示。

△ 换热边界

5、初始化设置

初始化中设置初始温度为-18℃，点击Initialization进行温度场的初始化，具体如下图所示。

△ 初始化求解

6、时间及步长

在模型树中双击Run Calculation，设置如下图所示，并点击Calculation开始计算。

△ 求解时间及步长

四、结果及后处理

在Results中，右击Graphics→Counters，在弹出的菜单中选择New，然后在弹出的Counter窗口中设置如下图所示。

在模型树中右击Solution→Calculation Activities→Solution Animations，在弹出的菜单中选择New，然后在弹出的窗口中设置如下图所示。

△ 创建动画

计算完成后我们可以得到后挡玻璃霜层融化过程的动画如下。

五、我的公开课

本例对汽车后挡除霜的CFD计算进行了简化，真实案例要比这个复杂，但整体思路值得借鉴。2021年3月13日20时（周六），受仿真秀平台邀请，届时我会在仿真秀Ansys 2021R1新功能系列直播《一名汽车CAE工程师眼中的Ansys Fluent 2021R1》

我将基于Ansys Fluent 2021R1新功能，结合汽车行业CAE案例来分享我的使用感受，希望能引发同行的共鸣。本直播定价100元，直播前可免费报名观看。分享本文到朋友圈，直播结束后可以联系仿真秀平台任意小助手获得本期课程永久免费回看地址，以及PDF和相关CAE模型。

以下是直播安排(点击下图即可观看)

作者：CFD日志 仿真秀优秀讲师

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