论文部分内容阅读
北方地区大客车在寒冬运行时常会出现风挡表面结雾结霜的问题，这会严重影响驾驶员的视野并对行车安全性造成威胁。本文以中通某车型为研究对象，针对其除霜系统结构组成和参数特点，采用数值模拟的方法分析除霜系统的性能，并对其进行局部优化设计。首先根据中通该车型的结构参数建立车头简化模型，采用稳态与非稳态计算叠加的方式，研究除霜风道热风流入口速度、入口温度、热风流与风挡间的碰撞角以及除霜风道热风流喷口与风挡下边缘的距离对除霜性能的影响。研究结果表明，增大热风流进入除霜风道的入口速度、入口温度可以明显减少除霜时间但会损失更多的能量，经济性差。在客车仪表台形状结构允许的情况下，减小热风流与风挡间的碰撞角，缩短热风流喷口与前风挡下边缘的距离都可以在一定程度上优化除霜效果。建立该客车实车模型，采用数值模拟方法，对除霜热风流流场、温度场、风挡霜层分布以及热风流与风挡间的换热特性进行研究。研究发现除霜热风流在风挡表面覆盖范围与雨刮器的擦除范围较一致，基本满足除霜要求，但热风流喷口处结构过渡不圆滑，除霜风道中的回流较严重。在除霜初期等温线分布出现双峰，高温区分层向风挡上端移动，随着除霜的进行，高温区逐渐向驾驶员侧拓宽。整个风挡以及监测点处霜层厚度在除霜过程中与风挡内表面的温度分布相一致，受热风流速度偏转的影响，从风挡下端向车顶方向、从风挡中心到两侧除霜速率总体上呈下降趋势但并不单调变化，而整个风挡内表面平均霜层厚度则随时间以对数曲线递减。针对客车原始模型，在除霜非稳态计算中，求解不同时刻风挡内表面热风流的平均努赛尔数Nu，发现其数值随除霜的进行先增大后减小，呈开口向下的抛物线形变化。另外，在客车原始模型基础上，分步对其位置和结构参数进行调整，如缩短除霜风道热风流喷口距仪表台下边缘的距离、增大前风挡水平倾角、去除热风流喷口上端的凹槽、将热风流喷口改为椭圆形进而得到优化模型A-D，并分别对其除霜过程进行数值模拟，模拟结果表明模型A-D除霜效果依次增强，结构调整合理。