汽車LED前照燈除霧試驗和數(shù)值模擬

在惡劣的天氣條件下，汽車的前照燈會發(fā)生起霧的現(xiàn)象，給車輛行駛帶來了潛在的安全隱患。相比白熾前照燈，發(fā)光二極管（LED）前照燈因消耗相對較少的能量而得到了廣泛的應(yīng)用。然而，與常規(guī)白熾燈或鹵素?zé)粝啾?，由于LED前照燈產(chǎn)生的熱量相對較少，因此更容易發(fā)生起霧現(xiàn)象。為了提高行車安全，前照燈應(yīng)該具備在惡劣天氣條件下能處理冷凝物的功能。以試驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方式優(yōu)化汽車LED前照燈的設(shè)計，以生產(chǎn)高性能的汽車前照燈。

采用歐拉墻膠片（EWF）方法來捕捉汽車LED前照燈內(nèi)的三維除霧現(xiàn)象，數(shù)值模擬與試驗得到的數(shù)據(jù)十分吻合。此外，還模擬了不同材料前照燈的除霧特點，玻璃和聚碳酸酯的透鏡被用做量化除霧材料的性能，選擇適當(dāng)?shù)耐哥R具有降低材料成本、縮短開發(fā)周期的作用。

試驗中用一個三維盒代表LED前照燈。測試裝置有熱成像儀、J型熱電偶和一個高分辨率的數(shù)碼相機。采用熱電偶做熱源，并且用其來測量三維盒頂側(cè)和底側(cè)的溫度，同時調(diào)諧熱圖像發(fā)射率匹配熱電偶讀數(shù)。高清晰度數(shù)字光學(xué)相機用于捕獲除霧圖像。

數(shù)值模擬分析是利用Ansystm Fluent 3D版軟件基于壓力的雙精度瞬態(tài)求解完成的。此外，選擇了合理的時間步長和收斂標準，以便最大限度地縮短計算時間。該方法不影響結(jié)果的質(zhì)量，并且魯棒性較好。通過利用EWF方法并假設(shè)透鏡的凝結(jié)為薄膜冷凝來進行簡化數(shù)值模擬分析。數(shù)值驗證是通過與試驗觀測進行比較完成的，比較包括去霧和未去霧區(qū)域、透鏡表面溫度場等。數(shù)值模擬分析結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。

Ramanand Singh et al.SAE 2016-01-0216.

編譯：楊欣