概要
ADINA R&D 研发公司,已经开发出一个代码,这个代码有能力履行高光辐射耦合和流体流动踪方法。代码已经应用于汽车灯灯热分析和准确预测表面温度产生辐射和自然对流供暖。结果已经成功地与实证数据使用一个红外热成像照相机。这个代码已经被证实与测量值的误差在10%以内。它可以被应用于大型的FEA模式的无组织的三维网络，ADINA-F 现在能被用来完成大范围的庞大的复杂的车灯设计。这个研究成果能减少设计开销和昂贵的原型设计。
简介
介绍塑料材料在低成本汽车灯具已经导致了需要完成灯热分析对温度的预测. 执行能力验证数值热在设计之初的灯具过程帮助减少与成本有关的建筑昂贵的原型。其预测能力需要成熟的分析工具,可以进行耦合,CFD镜子的表面辐射传热使用一个非结构化四面体网格.一个先进的镜面反射辐射特征有视频ADINA-FCFD代码可以辐射传输模型地对地、吸收、反射镜面反
射和漫反射表面使用. 这种能力结合流体流动/生产共轭传热模型非常精确的温度预测到复杂的灯的设计. 因为抛物线形状的镀铝膜反射镜和高度抛光表面的反射辐射是高度镜面的性质. 另一个重要的问题而产生的自然波长依赖灯泡和镜头辐射传输. 辐射温度计和长丝在很多不同的温度分别从有形到远红外线的波长区域. 因此,光谱分析必须捕捉变化波长传输由于差异。灯几何构成的CAD数据Unigraphics[1],在MSC / PATRAN进口[2]的表面数据。东莞市二维(2 D)啮合的制作,采用了三维(3 D)灯墙壁和风量元素被创造的使用MSC .
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术语 L 长度
CFD 流体力学
FEA 有限元分析
CAD 计算机辅助设计
RPBCG
DRL 日间行车灯
℉ 华氏度
Gλ 入射辐射
Eλ,b 发射功率谱
C1,C2 普朗克常数为辐射分布
β 热空气膨胀系数
σ
ε 发射率
τ 透射率
Pλ 在波长λ的反射率
ρ 密度
λ 波长
g 重力
μ 动力粘度
ν 运动粘度
h 传热系数
v 速度
qB 容积产生的热量
τij 剪切应力
eij 速度应变张力
p 压力
θ 温度
θ0
ζ 克罗内克符号
qj 热通量向量
NuL 努赛尔特数
Pr
Ra 拉里号码
Ts 表面温度
T∞ 自由流温度
粘性不可压缩流动模型被用来代表自然对流气流进行了温度预测使用一个稳定状态的迭代
求解方法。因为液体到气体的大内存需求所产生的辐射观的核心因素矩阵求解是必要的,以允许大需解决的问题。
为了核实,公园和信号灯,被选为基准的热模型研究。这个目标是为了实现一个关联到10%以内的灯的温度测量对于一系列灯功能和操作条件。使用一个测量进行了红外热成像照相机来获得详细的地图外表面温度灯。分析了用于室温的环境条件下,其结果得到了灯泡、灯罩和镜头的温度。最大的灯表面温度的预测分析ADINA-F均在10%以内的测量。标杆的热分析方法,利用ADINA-F灯已成功证明并被应用到许多不同的灯的设计,包括尾巴和大灯,和一致的结果. 这是目前分析工具被用来提供设计师和工程师重要热工性能信息的过程,所以在设计之初,潜在的加热问题可以解决五金生产前.
表面网格
3D网格
材料的性能
边界条件
软件工程师
软件
表面
后期处理
温度
速度划分
界面
分析结果
热感摄像机
测量值
2;解决方法
基本的详细概述了在图建模方法. 1显示了不同阶段的建模过程. 在全面分析方法是创建一个雅致的3 D四面体元素网格从进口CAD几何风量的灯,灯罩,灯泡,灯丝. 下一步是定义辐射物体表面上的互相作用,指定波长依赖的辐射特性. 温度依赖流体性质被指定到空气和体积产生的热量并将其应用到固体元素灯丝. 边界对流和辐射应用于灯外观表面. 当在网格生成和应用负荷和边界条件进行,然后定制的TRANSOR[3]应用ADINA程序MSC / PATRAN数据库转换的一个ADINA-F分析输入文件
然后进行分析使用一个迭代方法(RPBCG)获得的稳态温度的预测. 预测结果进行对比,对红外热成像照相机的测量,以确定模型的准确性. 灯采用热分析能量守恒方法,输入功率平衡的
灯丝的热耗散从灯的外部环境. 执行能量守恒是最一般的方法实现温度一致预测精度各式各样的灯的设计和操作条件. 频谱分析需要不止一个模型来解释波长泵浦透镜传输和吸收和再辐射的灯泡. 结果从一个节点辐射散热流动模型可以相应的节点上叠加了从一个不同的模型,给出一个组合解法
.
3; 模型描述
3.1; 几何
公园和信号灯代表的外观在图2显示透镜、住房和灯泡插座. 在有限元分析模型包括灯罩、抛物线镀铝膜反射镜、透镜和灯泡显示在图. DRL(daytimerun-ninglights)的功能包括一个灯泡crystal-colored经营主要长丝连续而转向功能使用琥珀的灯泡,主要经营以灯丝'flashing '和小长丝连续(seeFig.4). 这个Unigraphics CAD数据由一个内在和外在表面镜头和住房. 灯住房和镜头由聚碳酸酯与2至3毫米壁厚。
3.2; 有限元网格
王上10:29从CAD几何Unigraphics MSC / PATRAN和成三角网格算法应用于表面元素使用全球大小显示在图7毫米。一个雅致的网格2至3毫米长度元素应用于边缘的地区速度梯度最高温度及展望. 曲面网格的定义灯和灯泡的墙面边界用来创建3 D体积网格有助于用MSC / PATRAN帮mesher混合。液体与固体墙壁是用四维四面体领域造成的元素. 结果空气和固体墙壁灯体积网格图7中显示。网状灯的有限元模型有助于包含约200000个元素.
3.3：辐射模型
图7显示在图的基本特征模型高光辐射.电力应用于纤维使用体积产生热量. 部分长丝辐射吸收大部分灯泡玻璃幕墙的辐射传递给反射镜和透镜.灯丝也将热能和电能从空气传递到灯壁。高度镜面镀铝表面反映出大部分入射辐射从长丝和灯泡然后吸收和通过镜头. 灯泡辐射它自己的表面温度. 辐射性能的灯泡,反射镜和透镜依赖波长,这意味着光谱分析是必要的。黑体辐射功能的累积是用来确定纤维分布的辐射能量功能的波长。发出辐射能量的比率在给定波长间隔从1到2可以发现:
F（λ1—›λ2）=∫Eλ，hdλ-∫Eλ,hdλ／σT³ (1)
在光谱发射功率厄尔,Eλ,h所赋予的普朗克分布[4]
Eλ,h(λ,T)=C1／λ[exp(C2／λT)-1] (2)
τ=∫τλ(λ)Gλ(λ)dλ／∫G（λ）d(λ) (3)
ρ=∫ρλ(λ)Gλ(λ)dλ／∫Gλ(λ)dλ (4)
3.4: 灯空气流模型
除了辐射、空气自然对流灯灯也很大程度上有助于加热问题. 一个局部的高温区域发生以上灯泡当热空气上升时的顶部灯. 这种效应引起的浮力的力量创造的密度和温度梯度。粘性不可压缩恒定密度流模型是用来与空气温度依赖特性粘度、比热容和热导率。共轭传热之间
发生的灯使用空气和固壁的导热系数的聚碳酸酯。正如前面说到的,雅致的网可用于该地区以上灯泡直接为了准确地预测高温和速度梯度发生在该区域。自然对流空气流动和镜面反射辐射耦合通过能量方程。ADINA-F方程的求解粘性不可压缩流体如下图所示为文献[5].
连续性;Vi,j=0
动量; a(ρvjvi) ／at +(ρvjvi-τij),j =ρgi【1-β（θ-θ0）】
传热; a（ρνi）∕at +(ρνjνi-τij),j = qB + 2μeijeij
应力张量; τij= -pζij+2μeij
外界自然对流传热模拟使用常数传热系数基于丘吉尔和楚[6]相关外部流场垂直板。
NuL=0.68+O.670 Ra¼／[1+(0.492／Pr)] ½
Ra=gβ(Ts-T∞)l³／v²
4讨论的结果
结果给出了丝、灯泡、灯罩和镜头的温度。预测灯丝温度4530显示出良好的相关关系,与生产厂家的温度等级4620[7]。灯泡是显示在Fig.8温度相关。最大的灯泡外表面温度3868比较紧密结合热红外相机测量368。自然对流效果创造出一种局部高温区域与一个以上的灯丝温度梯度超过100从上到下的灯泡。灯泡的准确性热模型是一个必要的第一步获得一个精确的整灯热模型。
为使灯罩和镜头的温度,两项独立案件进行分析。首先是稳定燃烧Figs.9 DRL功能和10显示之间的比较,预测和测量DRL住房和镜头的温度。预期260年住房的温度略高于测量值为245.8,镜头温度为216.
F
ig.8 灯泡温度测量DRL功能
Fig.9 DRL住房表面温度测量
Fig.10 DRL表面温度测量透镜
Fig.11 住房表面温度测量信号
Fig.12 镜片表面温度测量信号
Fig.13 内部的空气流动剖面灯
表格1
测量温度
位置 预计温度 测量温度 偏差
灯丝 4530 4620 -1.9
信号灯泡 386 368 +5.8
DRL最高 260 245.8 +7.8
DRL镜头 216 206 +7.3
信号最高 242 237 +3.0
信号镜头 160.5 166 -6.4
相比于测量值的206，第二个案例进行分析信号功能,结果显示在Fig.11和汽车辐射Fig.12。预期247年住房的温度略高于237年的测量值,而温度为160.5比透镜的测量方法,166。
预测之间的相关性及实测结果进行了综述表1。聚碳酸酯材料变形的限制在温度为280 - 300,即通过公园和信号灯验证标准。注意到这一点非常的重要灯罩温度在很大程度上依赖于质量镀铝反射镜的过程。制程变异会导致变异量灯反射率住房的温度. 这个灯罩进行温度预测高质量含铝反射器完成. 应具有代表性的反射率80 ~ 90%,大多数灯的设计的价值,这是适用于ADINA-F预测。镜头温度主要依赖的透射塑料被利用。波长为聚碳酸酯镜片依赖率均来自GE塑料[8],是由总透射光谱分析. 光谱分析精度的方法进行了验证关系密切的预测和测量透镜的温度。准确预测的温度条纹与位置的热点证实透镜的性能分析方法。镜子的射线追踪.
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