車燈起霧是汽車行業中常見的問題之一,尤其是LED車燈。當車燈內部與外部環境存在溫差,且空氣中含有一定的水汽時,水汽就可能在車燈內部凝結成霧,影響車燈的照明效果和使用壽命。當車燈內部產生霧氣且鏡面溫度降至水的冰點以下時,更會發生結霜現象。如何借助Ansys CFD仿真工具預測并優化車燈散熱以及起霧問題,成為研發仿真工程師必不可少的一種手段。
客戶簡介
廣州斯坦雷電氣有限公司,核心業務涵蓋汽車及摩托車燈具的研發、生產和銷售,產品以高品質著稱,廣泛應用于國內外知名汽車品牌。公司秉承“以不購買不良、不制造不良、不流出不良”的堅定綱領,從原材料采購到成品出廠,均實施嚴格的質量控制。斯坦雷憑借先進的生產技術和嚴格的質量控制體系,確保每一件產品都達到卓越標準,贏得了市場的廣泛認可與好評。另外,廣州斯坦雷電氣有限公司以產品設計部為中心 ,與集團全球各設計據點聯攜合作,實現中國設計自我完結,向客戶提供最適合中國市場的產品。
車燈產品圖
所遇工程挑戰
車燈的內部結構設計極為復雜,在進行實物試驗時,由于燈內部件的遮擋與內部空間的限制,難以直接觀測其內部狀況,特別是霧氣在燈腔內的具體分布及流動情況。這增加了對試驗結果進行深入解讀與準確分析的難度。
解決方案
1.針對復雜的車燈熱仿真,Ansys提供了全新的仿真流程,包括快速的幾何模型準備、流程化的高質量網格準備到流程化的車燈熱仿真設置,再到車燈內部流場、溫度場的可視化結果,大大縮短了熱仿真分析的時間和難度。
2.對于車燈起霧除霧過程,不僅是通過速度場以及溫度場進行間接地判斷易存在起霧的位置,Ansys Fluent專門開發的歐拉液膜模型(Eulerian Wall Film Model),可以直接再現車燈起霧除霧過程,進一步輔助研發工程師進行結構設計的改進優化。歐拉液膜模型能夠考慮壁面的影響,更準確地模擬壁面附近的流體流動、傳熱傳質等過程,通過引入額外的方程和參數,能夠更精細地描述壁面與流體之間的相互作用,直接獲取壁面處的液膜厚度隨時間的變化,從而獲取更加直觀的判斷結果。
第一版設計方案結果展示:
液膜分布試驗圖 | 液膜厚度仿真圖 |
壁面溫度分布云圖 | 壁面附近速度矢量圖 |
以下是起霧試驗條件以及根據第一版設計結果給出的設計方案改進:
起霧試驗條件 | 改進方案:追加呼吸貼 |
改進后的設計方案結果展示:(通過在燈殼上方追加呼吸貼,優化燈體內的氣流流動,以及通過液膜分析,直觀獲取到其液膜分布縮小)
液膜分布試驗圖 | 液膜厚度仿真圖 |
壁面溫度分布云圖 | 壁面附近速度矢量圖 |
相關Ansys軟件
Ansys Fluent
最終成果
基于Ansys CFD提供的全新流程化熱仿真平臺,以及Fluent中歐拉液膜模型進行起霧除霧模擬分析,能夠預測車燈內的溫度場,并展示車燈表面液體薄膜的形成過程及其流動特性,為設計者提供科學依據,以優化車燈設計,減少起霧現象的發生。