0 前言
随着汽车工业的快速发展，汽车市场饱有率越来越高，客户对汽车舒适性的要求也越来越高。车内温度是影响车内舒适性的一项重要指标，进而汽车开发过程对乘员舱环境状态提出更高的要求，改善汽车乘员舱环境状态成为汽车开发的重要环节，仿真模拟成为完成该任务的重要手段。
夏季，天气炎热造成车内温度超过60℃，不仅影响舒适性，同时会对汽车安全性能有严重影响，所以需要在短时间内将车内温度降低，达到乘员满意的程度。实现该目的的方式主要有试验和仿真两种手段，试验需要的周期较长、成本较高、变量不可控，而CFD仿真能大大缩短研发周期，同时可以逐个变量进行研究，所以仿真手段得到广泛应用。
本文通过STAR CCM+对乘员舱降温仿真分析，并与试验进行对比。
1 创建模型
根据需要处理几何模型，将模型处理成单一封闭的腔体。对封闭模型进行细节处理，使模型的重要部件保持准确性，利用STAR CCM+软件进行体网格生成，对体网格进行相应检查，保证模型符合分析要求。
1.1 处理几何模型
需要的模型数据包括：乘员舱内表面、乘员舱玻璃面、通风管道数据、风口格栅数据、座椅数据、假人模型数据；应用相应建模软件（例如Hypermesh）创建封闭的模型（图1），对管道及格栅（图2）等重要部件进行细化处理，保证分析模型的精度。
图1 封闭模型
图2 管道及格栅
1.2 生成体网格
将处理后的面网格导入STAR CCM+软件，生成计算用体网格。体网格采用Trim形式，对管道、格栅、假人表面区域划分一层边界层。由于管道、格栅等区域特征较小，流速较高，对这些区域进行网格加密处理，设置完毕后生成体网格。
1.3 创建监测点
根据相应试验标准，在模型内部创建若干监测点（图3），主要包括：前排左头部监测点、前排右头部监测点、后排左头部监测点、后排中头部监测点、后排右头部监测点。
图3 监测点
2 分析参数设定
2.1 选择物理模型
乘员舱降温分析是模拟高温日照条件下开空调吹面模式达到稳定状态后的车内温度场、速度场等物理量，从而进一步获得乘员舒适性信息。因此需激活Surface to Surface Radiation和Solar LOAds，且需考虑温度梯度对气流流动的影响，因此流动介质应选为Idea Gas，并加载Gravity。
日照设置需通过Azimuth angle和Altitude angle来定义日照方向，并通过Direct Solar Flux和Diffuse Solar Flux定义日照强度，如表1。
表1日照模型
2.2 模型边界设定
边界条件总体设置如表2所示。inlet需要定义进口风量和进风温度，为确保inlet处定义的风温与仪表板出风口处一致，将送风系统pipe\grid定义为绝热边界；Front seat处于舱内，与外界环境无热交换，因此定义为绝热边界；Glass和其它wall定义为环境边界，具体见表3和表4。
表2 边界总体设置
表3 壁面边界设置一
表4 壁面边界设置二
3 分析结果
通过假人体表温度（图4）、乘员呼吸口附近五个监控点（图5）及其所在Z截面（图6）内的整体温度分布，来分析和评价某送风系统在某额定风量和温度情况下在乘员舱内形成的温度场。对于温度较高的区域，若为重点区域，可通过优化管道和格栅以及降低进风口温度对其进行优化。
图4 假人体表温度
图5 监测点温度
图6 Z截面温度分布
4 结论
通过STAR CCM+软件应用新的热边界，对乘员舱温度场进行怠速工况的降温分析，试验值头部平均温度23.3℃，仿真值头部平均温度22.4℃，仿真与试验误差0.9℃。事实证明，通过该分析方法，明显提高了乘员舱温度场仿真分析精度，为指导设计发挥了重要作用。通过CFD仿真方法，在设计前期能规避很多设计问题，避免后期整改，缩短研发周期，降低研发成本。在整车设计中，CFD发挥着越来越重要的作用。
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