基于Ansys Fluent 2021R1的汽车后挡除霜CFD仿真教程

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

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。

右击Generate the Volume Mesh，在弹出的菜单中选择Extrude Volume Mesh，然后设置如下，点击Extrude Mesh即可生产冰层体网格。

△ 拉伸体网格

最终生成体网格如下图所示。

△ 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。