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