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汽车车灯内部传热理论分析 　　摘 要：目前在汽车车灯在设计时很多设计者往往追求车灯外观造型，对散热设计的关键性的环节考虑不够，影响了车灯的使用。本文首先分析了汽车车灯内部的传热，然后基于有限单元理论，对车灯温度场的分布进行了研究分析。 中国论文网 /4/viewhtm　　关键词：汽车车灯；传热；有限单元；温度场 　　汽车车灯传热较为复杂，存在多种方式，每当点亮车灯，便开始热传导，直到实现传热平衡。一般前大灯亮起后，灯泡和灯丝之间开始产生热辐射，灯壁与灯座间发生热传导，随后灯泡内部进行热对流，随着温度逐渐升高，车灯局部和环境之间不断发生热交换，导致车灯温度产生变化，当热交换过程达到平衡，灯内温度与流场趋于平衡后，热交换过程趋于平缓。车灯熄灭后，稳定环境立刻被打破，平衡将换热为一个非稳态过程，直到温度降低至室温，再次回到稳定状态。 　　1 汽车车灯内部的传热分析 　　1.1 车灯的热传导 空间与时间的函数温度，如此运用于热传递系统中，而温度场却是任意时刻下各点温度的集合，在时间的推移下，可将温度场氛围稳态与瞬态两种情况，当任意时刻下的相同温度点可以构成一个等温面，每个等温面之间能够发生热传递，且法向温度变化率最大。在车灯温度场中反光镜或配光镜上，任取一位置的微元体根据能量守恒定律，流入微元体热量-流出微元体=内能的增量，另外，由傅里叶定律得出，导热产生势点的热密度流，随着同时刻温度梯度增长而增长，两者方向相反。 　　++=0（1） 　　式（1）是研究以上温度场与导热的基本方程。在实际车灯厂家，温度场是处于非稳态温度场，大多都采用有限元模拟，获得车灯温度场变化情况，依据实验测量的相对照，反映出车灯内部分布的真实情况，从而修改和优化出车灯模型。 　　1.2 车灯的热辐射 物体有了热状态后，向外界、空间发射电磁波，称之为热辐射。热辐射属于非接触传热，产生的电磁波可以在真空中传播，使得它区别于前面两种传热方式。辐射热换要求物体本身具有不同温度，自发辐射与吸收外界热量，以此实现了热量的传递。车灯模型内温度并不均匀，因为多个零件组成的封闭腔，可以采用直观的网格法计算闭腔的辐射换热，这种方法易理解，在Ai和Aj上取微元面，则微元面的单位面积辐射流为：qi（ri）=Jk（ri）-Hi（ri）。 　　1.3 车灯的热对流 对流是指流体各部分之间发生相对位移，流体介质中才能发生热对流。它包括流体与边界物体之间的导热，流体内部发生的对流传热，在气流靠近车灯壁面时，对流传热速度低，再加上流体具有粘性作用，使得有几乎为零的薄层气流流于表面。根据普朗特的边界层理论，流体沿着车灯内壁的流动有两个层，其中一个便是紧靠壁面的区域―流动边界层，也就是刚才说到的气流速度为零的那一层。 　　+u+v+w=α（++（2） 　　式（2）是能量微分方程（其中v，w为y和Z方向的流体速度），其中车灯内流体温度场分布情况必须首先知晓流体速度场；当流体流速为零时，则为导热微分方程式。 　　2 有限单元分析法在车灯温度场计算中的应用 　　2.1 初始条件 在车灯温度与环境的热平衡到达之前的这段时间内，根据有限元分析的相关理论，车灯温度场为瞬态温度场，要用瞬态温度进行分析，通过对温度场的非线性的温度变化的有限元分析，能拟合出车灯温度场随着时间的温度变化情况。车灯点亮前，车灯和周围的环境温度是相同的；在车灯点亮后，车灯灯丝不断发热，温度逐渐升高，车灯和环境之间存在温度差，导致车灯和环境之间不断发生热交换，热对流，热辐射，在热交换的过程中，车灯温度场是随着时间不断变化的，当车灯与环境之间温度接近时，热交换过程变得微弱，直到热平衡的稳定。 　　2.2 边界条件 进行车灯的有限元分析中，每一节点的平衡微分方程往往是多解的，需要一定的边界条件和初始条件（统称为定解条件）与微分方程联立来求得唯一解。在车灯温度场的有限元分析中，第一类边界条件是指车灯边界上的温度函数的初始值，温度函数为：T|r=f（x，y，t），这里的初始值是在开始时车灯所在环境的室温，初始条件可以通过实验测得，即壁面的各个温度值。第二类边界条件是指车灯边界上的热流密度q为已知，即-k|r=q2，热流密度q的方向为边界面出的外法线方向，表示车灯热流量为从物体向外流出。这里规定热量从物体向外流出者q为正，向物体流入者q为负。第三类边界条件是指与车灯接触的流体介质温度T和换热系数α己知，即-k|r=α（T-Tf）|r，α和Tf可以是常数，也可以是时间和位置的函数，对于不是常数的情况要在数值计算中取其平均值作为常数。 　　2.3 有限单元法的应用 有限单元法的原理是化整为零，即将整个车灯区域细化，分散为多个小块，这样使得所有的变分计算不再是针对整个温度场，而是在每个局部网格单元内完成。在每个单元完成计算后将所有的小块