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        車燈零件表面鍍鋁對其溫度的影響

        2016-12-08 09:08:58李靜周丹
        汽車零部件 2016年3期

        李靜,周丹

        (常州星宇車燈股份有限公司,江蘇常州 213022)

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        車燈零件表面鍍鋁對其溫度的影響

        李靜,周丹

        (常州星宇車燈股份有限公司,江蘇常州 213022)

        摘要:為了外觀和光學(xué)要求,汽車車燈零件表面常做鍍鋁處理。塑料件鍍鋁后在高溫環(huán)境下容易出現(xiàn)發(fā)彩現(xiàn)象,因此研究鍍鋁對塑料零件耐熱性能的影響很有必要。選用某前霧燈為研究對象,分別通過數(shù)值分析和試驗測試兩種方式,對其黑色飾圈是否鍍鋁兩種狀態(tài)進行整燈模擬和測試,均顯示被燈泡照射的區(qū)域在鍍鋁后溫度明顯下降,主要由于鍍鋁后部分光照能量被反射出去,降低了材料吸收的能量。模擬與實測結(jié)果略有偏差,但在可接受的誤差范圍之內(nèi)。

        關(guān)鍵詞:鍍鋁;熱分析;車燈

        0引言

        汽車車燈是汽車外觀的重要組成部分,也是汽車安全性能的主要影響因素。傳統(tǒng)的車燈設(shè)計中,主要考慮的是材料、結(jié)構(gòu)和光學(xué)等。近些年,為了整車的美觀度,車燈空間越來越小,給鹵素燈泡燈具留的空間也越來越小。為了在有限的空間內(nèi),滿足車燈的設(shè)計要求,車燈的熱學(xué)性能分析的重要性凸顯。隨著計算機技術(shù)的不斷提高,CAE分析在車燈設(shè)計中的作用也不容忽視。

        為了提高車燈的光學(xué)性能和美觀效果,會對燈具的一些零件進行表面鍍鋁。但是在車燈的實測中發(fā)現(xiàn),同一零件是否鍍鋁的測試結(jié)果有較大差異,在高溫環(huán)境下,鍍鋁表面容易發(fā)彩。為了在車燈的熱模擬中體現(xiàn)出零件鍍鋁對模擬結(jié)果的影響,可通過更改邊界條件的設(shè)置及實測和模擬對比的方法進行參數(shù)修正。

        1車燈的熱分析

        以某一款前霧燈為例,利用CAE軟件,對飾圈是否鍍鋁分別進行模擬分析。圖1為該前霧燈的剖面示意圖,主要零部件包括燈罩、殼體、反射鏡、飾圈、燈泡等,殼體上有3個透氣孔,燈內(nèi)的流體介質(zhì)以空氣為主,還包括水蒸氣和其他細小顆粒等,流動形態(tài)為自然對流[1]。

        1.1車燈模型和網(wǎng)格劃分

        從車燈點亮開始,隨著點亮?xí)r間的加長,燈腔內(nèi)的溫度隨著燈泡發(fā)熱量增加不斷升高,但燈內(nèi)溫度場尚未穩(wěn)定。隨著時間的延長,車燈內(nèi)各個部件之間以及車燈殼體、燈罩與外界換熱達到平衡,內(nèi)部溫度場達到相對穩(wěn)定的狀態(tài),車燈內(nèi)部和其部件與外界的傳熱過程如圖2所示[2]。

        建立車燈的物理數(shù)學(xué)模型,模型應(yīng)包括所有的節(jié)點、單元、材料屬性、實常數(shù)、邊界條件,以及其他表現(xiàn)該物體的物理系統(tǒng)的特征。首先對車燈的3D模型進行簡化處理,如抹平燈罩內(nèi)表面及周邊的花紋面、簡化燈罩與殼體的接觸部分[3]。然后,通過ICEM生成網(wǎng)格,離散計算域。熱流場分析的計算域主要包括固體區(qū)域和流體區(qū)域,各區(qū)域之間為面接觸邊界,并對局部區(qū)域進行網(wǎng)格細化,以提高計算精度。網(wǎng)格模型如圖3所示。

        在生成網(wǎng)格的基礎(chǔ)上,對各個零部件進行材料設(shè)置及零件之間的耦合邊界設(shè)置。在邊界設(shè)置時,針對飾圈鍍鋁需要單獨在飾圈表面設(shè)置一個殼層,厚度為200 nm,對該殼層單獨進行材料和邊界的設(shè)置。根據(jù)實驗要求,與車燈接觸的周圍空氣溫度恒定,車燈內(nèi)部空氣簡化為不可壓縮理想流體。分別對飾圈是否鍍鋁進行了2次模擬分析,通過模擬探索鍍鋁對零件溫度的影響。并通過對實物的溫度測試驗證模擬結(jié)果。

        1.2熱分析結(jié)果及對比

        根據(jù)以上設(shè)置,通過CFD軟件模擬車燈點亮至穩(wěn)定狀態(tài)的流場、速度場和溫度場,能夠通過幾個場的狀態(tài)判斷層內(nèi)氣流的流動情況和每個零部件的溫度分布,從而判斷零件是否存在熱量失效風(fēng)險。表1中列出了2次分析結(jié)果中各個零部件的最高溫度值。

        從模擬結(jié)果可以看出:飾圈表面鍍鋁后,其最高溫度降低,尤其是被燈泡直接照射到的區(qū)域,溫度下降尤為明顯。主要由于塑料表面鍍鋁后,鋁的發(fā)射率高于塑料,并且鋁面的反射率較大,光線照射到鍍鋁表面后,有一部分被反射出去,導(dǎo)致鍍鋁后零件溫度有所降低。圖4更為直觀地反映了2次分析中飾圈上的溫度分布情況。圖4(a)為飾圈不鍍鋁狀態(tài)的分析結(jié)果,圖4(b)為飾圈鍍鋁狀態(tài)的分析結(jié)果。圖中圈出的部位為飾圈的最高溫度區(qū)域,飾圈鍍鋁和不鍍鋁相比,最高溫度區(qū)域位置和溫度值變化并不大,均為飾圈的上方開口處;不同的是,飾圈鍍鋁后,飾圈下方開口位置溫度明顯下降。

        2車燈的測試及結(jié)果

        為了驗證軟件分析的準確性,通過對該前霧燈的試驗測試進行校核。

        測試前,根據(jù)分析的溫度分布圖,確定各個零部件的測試點位置,選用k型熱電偶作為測溫器件,將熱電偶的測溫端壓入塑料零件測試點位置并固定,并用鋁箔膠帶將燈具殼體與燈罩粘合封住。試驗樣件如圖5所示。

        測試樣件布點結(jié)束后,將試驗樣燈放入恒溫恒濕箱中,待箱內(nèi)溫度穩(wěn)定后,點亮燈具,試驗的參數(shù)設(shè)置如表2所示。時時監(jiān)測燈具的測溫結(jié)果,當溫度值趨于穩(wěn)定,再觀察一段時間后關(guān)閉電源。

        該前霧燈測試樣件在恒溫恒濕箱中常亮2 h后溫度已經(jīng)穩(wěn)定,此時利用數(shù)字溫度采集儀讀出各個測試點的溫度值,兩種狀態(tài)的測試結(jié)果如表3所示,可見飾圈鍍鋁后,下方溫度明顯下降,與模擬結(jié)果一致,其他零部件溫度變化不大。造成飾圈下方溫度變化的主要原因是鍍鋁面對燈光的反射作用,損失了一部分能量。

        3結(jié)論

        可以看出,某前霧燈飾圈是否鍍鋁對其溫度的影響很明顯。對軟件模擬和試驗測試進行了分析,并將二者的結(jié)果進行對比。模擬結(jié)果顯示:飾圈不鍍鋁時,待溫度場穩(wěn)定后,其上方高溫區(qū)域溫度為136 ℃,下方高溫區(qū)域溫度為127 ℃;而飾圈鍍鋁后,待溫度場穩(wěn)定后,其上方高溫區(qū)域溫度為126 ℃,下方高溫區(qū)域溫度為106 ℃。測試結(jié)果顯示:飾圈不鍍鋁時,待溫度值穩(wěn)定后,其上方高溫區(qū)域溫度為139 ℃,下方高溫區(qū)域溫度為131 ℃;而飾圈鍍鋁后,待溫度值穩(wěn)定后,其上方高溫區(qū)域溫度為135 ℃,下方高溫區(qū)域溫度為115 ℃。模擬和實測結(jié)果趨勢一致,考慮到模擬中模型簡化和網(wǎng)格劃分對結(jié)果的影響,以及實測中測溫點排布和測試設(shè)備的誤差,模擬和測試之間存在溫度差異屬于正?,F(xiàn)象。

        為了降低模擬和測試的誤差,還需要做很多研究,進一步找出最佳的參數(shù)設(shè)置方法。數(shù)值模擬在產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)中有著重要作用,通過模擬可以降低人力財力,進而找到最優(yōu)的方案。因此,研究如何提高模擬精度,對產(chǎn)品開發(fā)非常有利。

        參考文獻:

        【1】郝京陽,張劍,顧毓沁,等.汽車車燈內(nèi)部流動和傳熱特性的分析[J].汽車技術(shù),2003(12):7-11.

        【2】黃寶凌,徐小平,顧毓沁,等.汽車車燈內(nèi)部結(jié)霧的熱分析及應(yīng)對措施[J].汽車技術(shù),2001(3):11-14.

        【3】林康.車燈熱分析關(guān)鍵技術(shù)研究[D].杭州:浙江工業(yè)大學(xué),2008.

        Effect of AL-coating on Automotive Lamp Temperature

        LI Jing,ZHOU Dan

        (Changzhou Xingyu Automotive Lighting Systems Co.,Ltd., Changzhou Jiangsu 213022,China)

        Keywords:AL-coating; Thermal simulation; Automotive lamp

        Abstract:The part of automotive lamp always has an AL-coating for appearance and optical requirement. In the high temperature environment, there may appear a colored area on the surface of plastic with AL-coating. In order to study this phenomenon, taking a front fog lamp as the research object, simulation analysis with CFD software and experimental test methods were used to research the temperature of bezel in the lamp, both with AL-coating and without it. The results of simulation and test show that the temperature is lower with AL-coating than the black bezel. Because some power has been reflected by the AL-coating surface, then the absorption of energy is reduced. There is an acceptable error range between experiment and simulation results.

        收稿日期:2015-12-17

        作者簡介:李靜(1986—),女,碩士,主要從事汽車燈具CAE分析方面工作。E-mail:lijing@xyl.cn。

        中圖分類號:U463.99

        文獻標志碼:B

        文章編號:1674-1986(2016)03-050-03

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