一种风窗横梁三角块淋雨工况空调进气口进水分析方法

技术领域

本发明属于工况模拟计算技术领域，具体的说是一种风窗横梁三角块淋雨工况空调进气口进水分析方法。

背景技术

汽车在使用过程中，淋雨场景十分常见。汽车用户在淋雨工况下，可能存在开启空调进行制冷、制热、除霜等场景，由于汽车空调进气口在风窗上横梁下侧，水槽上侧会形成较为封闭的空间，从而空调的开启会导致该区域的流速发生急剧的变化，进而影响淋雨工况下水槽的水流的路径，可能导致局部区域被淋湿引发元器件失效。目前，汽车行业针对该问题的规避集中于整车淋雨试验，使用整车淋雨房试验进行验证开发，缺乏性能前期开发及优化过程。

CN202310594724.2该专利介绍了一种基于淋雨房的车辆水管理仿真方法，该方法可在设计初期基于整车淋雨房试验进行淋雨可靠性能仿真及结构优化。但针对于空调开启状态下的淋雨工况，无法进行可靠性能的仿真及结构优化，而且必须进行整车的淋雨房搭建，对于解决局部的风窗上横梁三角块的淋雨进水问题，分析效率低。

CN202211431907.4该专利介绍了一种加油口盖电机淋雨失效仿真方法，该方法可在设计初期进行加油口盖的淋雨水流路径仿真分析，判断是否存在失效可能，确保加油口盖锁止机构使用的可靠性。但针对于外部流场变化下的淋雨工况，无法进行可靠性能的仿真及结构优化。

CN202311304236.X该专利公开了智能网联汽车的淋雨试验检测平台，涉及汽车检测技术领域，通过观测和预测模拟雨滴的行为，实现了对汽车在雨天条件下性能的全面评估。该专利仅提供一种淋雨试验检测方法，无法在设计初期无实物的条件下对车辆的淋雨性能进行可靠的预测。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种风窗横梁三角块淋雨工况空调进气口进水分析方法，流水槽空调流场分析模型装配，空调流场边界条件设置，空调流场仿真分析，空调流场矢量提取，风窗上横梁三角块淋雨分析模型装配，流量工况设置，风窗上横梁三角块淋雨仿真分析，水槽与空调进气口的交接面的进水量峰值优化；本发明不基于整车淋雨房进行仿真分析，而是对局部结构进行流量扫掠仿真分析，并耦合了空调流场，可以模拟在开启空调的开启状态下，风窗上横梁三角块在淋雨工况下空调进气口进水问题。

本发明技术方案如下，一种风窗横梁三角块淋雨工况空调进气口进水分析方法，包括以下步骤：

S1流水槽空调流场分析模型装配；

S2空调流场边界条件设置；

S3空调流场仿真分析；

S4空调流场矢量提取；

S5风窗上横梁三角块淋雨分析模型装配；

S6流量工况设置；

S7风窗上横梁三角块淋雨仿真分析；

S8水槽与空调进气口的交接面的进水量峰值优化。

进一步的，步骤S1具体为，将第一几何模型导入软件中，并按照真实的空间位置进行部件的装配，第一几何模型包括风窗上横梁，前围流水槽，水槽盖板，悬挂固定座以及这几个部件形成的封闭空间，对所述封闭空间进行多面体体网格划分，网格基本尺寸为2mm。

进一步的，步骤S2具体为，设置空调流场的入口及出口，入口设置为水槽盖板进气口，设置入口速度；出口设置为前围流水槽与空调进气口的交接面，出口的质量流量为P，单位为kg/s，P＝(ρ×V)/3600，其中，ρ为空气的密度，单位为kg/m

进一步的，入口速度为0m/s，设定分析空调的吸气率为550m

进一步的，步骤S3具体为，仿真分析采用定常分析，分析步长为500步，湍流模型采用k-Epsilon模型。

进一步的，步骤S4具体为，根据步骤S3的计算结果，提取封闭空间中的空调流场矢量矩阵，提取的截面速度矢量图包括PositionX、PositionY、PositionZ、Velocity[i]、Velocity[j]和Velocity[k]，其中，PositionX、PositionY、PositionZ分别为速度矢量的坐标；Velocity[i]、Velocity[j]、Velocity[k]分别为速度矢量的值。

进一步的，步骤S5具体为，将第二分析几何模型导入分析软件中，并按照真实的空间位置进行部件的装配，第二分析几何模型包括风窗上横梁、三角块、前围流水槽。

进一步的，步骤S6具体为，在三角块最低点垂直方向上移10mm为中心建立4mm×4mm的矩形喷口，喷口速度为0.1m/s，粒子直径为0.5mm。

进一步的，步骤S7具体为，将步骤S4的空调流场矢量矩阵与步骤S6的工况进行耦合，耦合牵引力模型采用Liumodel，分析时长为10s，监测前围流水槽与空调进气口的交接面的进水量，判断监测时间内前围流水槽与空调进气口的交接面的进水量是否达到峰值，若达到峰值，则继续步骤S8；若未达到峰值，则返回步骤S6，修改矩形喷口，直至达到峰值。

进一步的，若水槽与空调进气口的交接面的进水量峰值满足工况计算要求，则分析结束，若不满足工况计算要求，则优化三角块位置，若仍无法满足工况计算要求，则重新设计流水槽内部空间，降低流水槽内部空气流速，直至满足工况计算要求。

本发明的有益效果为：

本发明不基于整车淋雨房进行仿真分析，而是对局部结构进行流量扫掠仿真分析，并耦合了空调流场，可以模拟在开启空调的开启状态下，风窗上横梁三角块在淋雨工况下空调进气口进水问题。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

图2为本发明流水槽空调流场分析模型示意图。

图3为本发明空调流场入口及出口位置示意图。

图4为本发明空调流场截面速度矢量图。

图5为本发明风窗上横梁三角块淋雨分析模型装配示意图。

图6为本发明流量工况设置示意图。

图中：

1风窗上横梁、2前围流水槽、3水槽盖板、4悬挂固定座、101三角块、102喷口、201入口、301出口。

具体实施方式

需要说明的是，在本发明的描述中术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；连接可以是机械连接，也可以是电连接；相连可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种风窗横梁三角块淋雨工况空调进气口进水分析方法，具体为：

S1流水槽空调流场分析模型装配

将第一分析几何模型导入分析软件中，并按照真实的空间位置进行部件的装配，第一分析几何模型至少包括风窗上横梁1，前围流水槽2，水槽盖板3，悬挂固定座4以及这几个部件形成的封闭空间，对该封闭空间进行多面体体网格划分，网格基本尺寸为2mm，模型部件如图2所示。

S2空调流场边界条件设置

为模拟空调开启时的步骤S1中封闭空间速度矢量，需设置空调流场的入口201及出口301。入口201设置为水槽盖板进气口，入口201速度为0m/s。出口301设置为前围流水槽与空调进气口的交接面，出口301的质量流量为P，单位为kg/s。

P＝(ρ×V)/3600

其中：ρ为空气的密度，单位为kg/m

V为分析空调的吸气率，单位为m

设置空调流场的入口201及出口301，入口201和出口301的位置如图3所示。入口201速度为0m/s。假设分析空调的吸气率为550m

S3空调流场仿真分析

仿真分析采用定常分析，分析步长为500步，湍流模型采用k-Epsilon模型。

S4空调流场矢量提取

根据步骤S3的计算结果，提取封闭空间中的空调流场矢量矩阵，提取的截面速度矢量图如图4所示，矩阵格式如表1所示。

表1空调流场矢量矩阵格式

其中：PositionX、PositionY、PositionZ分别为速度矢量的坐标；

Velocity[i]、Velocity[j]、Velocity[k]分别为速度矢量的值。

S5风窗上横梁三角块淋雨分析模型装配

将第二分析几何模型导入分析软件中，并按照真实的空间位置进行部件的装配，第二分析几何模型至少包括风窗上横梁1、前围流水槽2，如图5所示。

S6流量工况设置

在风窗上横梁三角块101最低点垂直方向上移10mm为中心建立4mm×4mm的矩形喷口102，喷口102速度为0.1m/s，粒子直径为0.5mm，位置设置如图6所示。

S7风窗上横梁三角块淋雨仿真分析

将步骤S4的空调流场矢量矩阵与步骤S6的工况进行耦合，耦合牵引力模型采用Liumodel，分析时长为10s，监测该时间内前围流水槽与空调进气口的交接面的进水量，可参考图3出口位置。

判断监测时间内前围流水槽与空调进气口的交接面的进水量是否达到峰值，如达到可进行下一步，如未达到，返回步骤S6，将矩形喷口按表2逐次提升，直至达到峰值进行下一步。

表2矩形喷口规格

S8水槽与空调进气口的交接面的进水量峰值优化

通过上述方法，水槽与空调进气口的交接面的进水量峰值满足工况计算要求，则分析结束，如不满足，则优先优化三角块101位置，仍无法达成性能需求，则重新设计流水槽内部空间，降低流水槽内部空气流速，直到性能达成。

空调流场矢量提取

提取封闭空间中的空调流场矢量矩阵，提取的截面速度矢量图如图4所示，矩阵格式如表3所示。

表3空调流场格式

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。