行业应用方案 | 车灯CFD分析技术发展趋势

Ansys 行业应用方案连载（27） | 车灯CFD分析技术发展趋势

在过去三十年间，新材料、新技术在车灯方面的应用向设计师提出了新的挑战。高分子材料逐渐取代了玻璃，设计师可以更多地从美学和气动的角度去考量自己的设计。然而，高分子材料的耐热性能要远远差于玻璃。另外，设计师还需从成本的角度在众多的高分子材料中（例如PC、PMMA、PC-HT等）进行合适的选择。因此，车灯内部的温度成为选择材料、降低成本的一个重要的依据。

高分子材料在让造型工程师“放飞”的同时也带来另外一个问题，人们可以轻易地看穿灯体内部（相比于玻璃），因此，用户对结雾的抱怨也比以往更多了。雪上加霜的是，LED光源在车灯中开始大行其道。相比于传统的卤素灯，LED可以让设计师实现很多原先根本不可能的设计，因此，更受用户的欢迎；但是，它的一个巨大缺点是，通过配光镜它仅仅向前辐射出去一小部分热，多数的热是通过热沉传导到灯体后部释放出去的，因此，透镜处的结雾状况反而更加糟糕了。公开数据显示，在LED车灯中，35%的用户投诉集中在结雾问题上。

而仿真很早就被车灯、OEM厂商认为是极具价值的车灯设计方法。一个显而易见的好处是，仿真相对于试验可以更快地帮助设计迭代，因此，在设计阶段可以大幅节约设计的时间和成本。仿真的另一个好处是，它可以向用户揭示为什么会这样？例如，它可以告诉工程师为什么灯具内的温度偏高，为什么某种设计会导致车灯更易结雾。由此带来仿真的另外一个好处就是工程师可以基于充分的依据修改并验证自己的设计。

尽管CFD仿真在车灯设计领域中起着非常重要的作用，但由于模型复杂，计算量大，仿真在实际应用中还是受到了一定限制。Ansys结合具体的应用场景，优化了从模型处理到求解的一系列仿真过程和方法，可以使用户在更快的仿真速度下获得更高的仿真精度。

• 车灯热仿真
  

• LED车灯热仿真

• 热点/聚焦分析

• PCB热分析
  
  

• 车灯结雾/除雾过程仿真

• 快速评估车灯结雾/除雾的方法

• 使用Fluent Meshing压缩网格数量
  

• Wrapper快速网格方法

由于高分子材料的耐热性能较差，所以，工程师总是希望仿真可以获得更加准确的结果。传统上，DO模型可以提供一种较快的解决方法。对于一些对结果准确度要求很高的场景，例如热点的预测/聚焦分析，Fluent还提供了更为准确的蒙特卡洛模型。针对LED光源，用户还可以定义辐射的极坐标分布，进一步提高仿真与现实的吻合程度。

相对于热计算，除雾计算目前应用较少。一个重要的原因是运算量的问题，很多中小规模的灯厂无法通过购置大规模的硬件平台来提高仿真的速度，而很多软件除雾计算动辄需要数周以上。Ansys的仿真方案可以使用普通32核的机器在2-3天左右的时间内针对复杂大灯完成详细的结雾/除雾计算。

精确的方案可以使用户基于成本、造型等角度的选择更加合适的材料和设计方案，而快速的仿真过程还可加速整个设计的迭代过程，为制作商增加宝贵的时间优势。