汽车车灯的结雾准则研究
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图 ３ 车灯温度分布
２．２ 空气速度分布 空气被灯泡加热后，由于受热不均衡，产生自
然对流。 空气的流动情况会影响到车灯内部的温 度分布情况。 图 ４ 所示为车灯稳态时的空气流动 情况。
１．５ 模型边界条件 根据车灯的工作环境状态将仿真的边界条件
设置为：初始环境温度为 ２０℃，１ 个标准大气压；空 气的辐射率和反射率均设置为 ０，即把空气看成辐 射的透明体，只参与对流换热；将物体的辐射特性 简化为灰体，并且将红外反射率简化为与温度无关 的常数。 １．６ 车灯的有限元模型
车灯的模型材料特性见表 １。
表 １ 车灯零件材料特性
车灯 导热率 ／（ Ｗ· 比热容 ／（ Ｊ· 红外 部件 ｍ －１ · Ｋ －１ ） ｋｇ －１ · Ｋ －１ ） 辐射率
红外 反射率
灯体
０ ．２３０
１ ８００
０ ．９５
０ ．００
灯泡
０ ．８００
７００
０ ．８５
０ ．１０
灯罩
０ ．１９０
１ ２００
３３２４９
６４
７６
１５．７
３３３１７
４８
５６
１４．２
３３４４７
７８
８３
６ ．０
３３２６９
４８
６３
２３．８
３３４７２
４１
４１
０
３３３９３
３９
４６
１５．２
３３５０３
５３
６４
１７．１
３３８９４
４６
５４
１４．８
３３２４１
４４
４８
８ ．３
３３２４５
５２
６４
１８．７
３．２ 结雾原因解释 从灯罩的温度分布图（图 ３）来看，将灯罩左下
３．３ 设计建议 ａ．改善前大灯各个功能区的设计，消除辐射死
区。 如图 ３ 所示，灯罩的左下角灯光完全照不到， 造成左下角的低温区很容易引起结雾。 进行车灯 设计时可以考虑将远光灯反射体往左下这个方向 移动，这样就可以减少甚至消除灯罩的低温区。
ｂ．消除流动死区。 由图 ２ 可以看出，由于转向 灯区域设计不合理，这里形成了空气的流动死区。 从远光灯处的热空气进入这个区域后，流速骤降， 这样对灯罩的加热效果就非常有限了。 考虑到这 个因素，一般车灯设计应注重车灯前部要留有大空 间，就是让空气能够顺畅地流动。
·７７·
２０１５ 年第 ４４ 卷 机械设计与制造工程
表 ３ 相对湿度 ６０％时的露点温度表
环境温度 ／℃ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０
露点温度 ／℃ ２．６０ ７．４０ １２．００ １６．９０ ２１．４０ ２６．３０ ３０．７０
ＤＯＩ：１０．３９６９ ／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５ －５０９Ｘ．２０１５．０１．０１８
汽车车灯的结雾准则研究
刘 红１ ，曹 翔１ ，蒋兰芳２
（１．浙江工业大学 机械工程学院，浙江 杭州 ３１００１４） （２．浙江工业大学 之江学院，浙江 杭州 ３１００２４ ）
摘要：针对某车灯（前照灯、后尾灯）易发生结雾而影响车灯正常使用的问题，建立车灯热 －流耦 合仿真模型对车灯点亮工作状态进行仿真分析。 在准确预测车灯各部件的温度分布和内部空气 流动状态的条件下，提出了分区露点温度的概念，并给出了基于仿真分析温度场结果的分区露点 温度的计算方法。 在此基础上，对汽车车灯点亮后是否结雾给出了判定准则。 研究成果为开展 车灯的热设计以实现车灯防雾提供了有益的基础。 关键词：车灯；结雾；温度场；露点温度；热流耦合分析 中图分类号：Ｕ４６３．６５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：２０９５ －５０９Ｘ（２０１５）０１ －００７５ －０４
根据几何简化结果、材料பைடு நூலகம்性及边界条件，得 到的车灯有限元模型如图 ２ 所示。
２ 数值计算结果分析
２．１ 温度分布 由于车灯结雾发生在灯罩上，所以灯罩的温度
·７６·
图 ４ 车灯流场情况
２．３ 车灯分区露点温度 露点温度指空气在水汽含量和气压都不改变
的条件下，冷却到饱和时的温度，即空气中的水蒸 气变为露珠时候的温度叫露点温度。 露点温度与 压力、湿度有关，露点与气温的差值可以表示空气
·７５·
２０１５ 年第 ４４ 卷 机械设计与制造工程
图 １ 车灯基本结构
果是，空气在重力的作用下自然对流，将热量带到 车灯内部的各个角落。 车灯点亮后，整个过程的前 半段都是一个非稳态的过程，直到灯丝的加热和灯 罩灯体与空气的自然对流降温达到动平衡时，车灯 的温度达到稳态。 １．３ 模型简化
分区露点温度的计算流程是：根据仿真得到的 车灯温度场分布确定分区；查表得分区露点温度； 在所关心的分区获得固体表面的温度；与该区域的 分区露点温度相比较，如果低于分区露点温度，则 结雾。
３ 实验验证及设计建议
３．１ 实验验证 仿真分析的结果要通过实验进行验证。 具体
方法是在灯罩上打上小孔，在实验室里面利用热电 偶来测出灯罩不同位置的温度，如图 ５ 所示。
图 ５ 车灯实验
实验中事先选取灯罩上的一些关键点，将热电 偶测量值和仿真值的对比列入表 ２，误差分析可见 仿真值和实验值相对误差较小。 计算得出平均误 差小于 １３．４％，具有较高的可信度。
序号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０
表 ２ 实验结果对比
节点号 仿真值 ／℃ 实验值 ／℃ 相对误差 ／％
ｃ．提高车灯密封质量，相对湿度越低，结雾的 可能性越低。
４ 结束语
本文提出了分区露点温度的概念，并给出了车 灯点亮后是否结雾的判定准则。 这样可以在产品 还没有规模生产前就有预测产品是否有结雾等问 题的可能，不仅降低了研发成本，还提高了生产效 率。 但是，本文探讨的是车灯结雾的准则，更加接
对车灯而言，有些结构导致了车灯容易起雾， 其原因是结构设计不合理。 提高车灯温度场、尤其 是提高固 体 壁 面 的 温 度 是 避 免 结 雾 的 简 单 方 法。 而提高车灯温度场的途径是：依靠灯泡的热辐射和 气体的对流换热。 由于热辐射的直线传播性，辐射 加热的部位有限，车灯的更多部位需要靠对流换热 的方式加热， 因 而 对 流 换 热 气 流 的 流 速 显 得 很 重 要。
有不少学者针对不同型号的车灯做了很多有 关车灯结 雾 的 机 理 分 析 及 消 除 措 施 方 面 的 研 究。 黄宝陵等［２］ 指出了车灯结雾的 ３ 个基本条件：（１） 车灯内的空气中必须含有足够的水蒸气；（２） 车灯 内必须存在温度低于当地水蒸气凝结临界温度的 区域；（３）车灯内部存在凝结核心。 徐小平等［３］ 人 从热分析角度指出有些车灯由于装饰作用，造成狭 窄区域构成明显的车灯内部空气流动的死区，并且 无灯光对该区域的灯罩内表面有明显的加热作用， 导致了该区域灯罩内表面温度较低。 林娇弟［４］ 确 定了实践上可行的凝结判断准则。
随着汽车车灯行业的不断发展，车灯的热设计 越来越受工程人员的关注。 但是到目前为止，车灯 内部结雾仍然是影响车灯质量的一个主要问题，同 时也是一个世界性难题，各国车灯具制造厂家都在 研究探讨这一难题［１］ 。 以前的车灯主要是用玻璃 和金属制作，现在主要采用工程塑料。 塑料的熔点 比较低，车灯温度过高，会引起塑料的软化造成车 灯不能正常工作。 另一方面，温度过低，很容易引 起车灯起雾的问题，严重影响驾驶员的视线，威胁 人的生命安全。 因此有必要对车灯热问题进行研 究。
２０１５ 年第 １ 期 刘红：汽车车灯的结雾准则研究
中的水汽距离饱和的程度。 由于目前没有合适的 方法判断车灯结构是否会影响结雾，因此本研究引 进分区露点温度的概念，通过 ＣＡＥ 仿真计算得到 车灯某一区域的露点温度，即分区露点温度，由此 可以判断该区域是否容易结雾：该区域的壁面温度 有较多的低于分区露点温度的点，则容易结雾。
０ ．９０
０ ．１０
反射体 ０．６１８
１ ０２５
０ ．０５
０ ．９５
图 ２ 分析模型
分布是本文的重点分析对象。 灯泡点亮后，光线从 灯泡出发，大部分光线由反射体反射照到灯罩上， 对灯罩起到了辐射加热效果。 此外，被灯泡加热后 的空气通 过 热 对 流 交 换 也 对 灯 罩 起 到 加 热 作 用。 温度分布如图 ３ 所示。
Ｗ．Ｉ．Ｍｏｏｒｅ 等［５］ 人使用 ＡＤＩＮＡ －Ｆ 软件对车 灯内部的温度场和流场进行仿真，建立的辐射模型 不仅可以处理红外辐射，还可以处理可见光部分的
辐射，此外 这 个 辐 射 模 型 还 可 以 和 流 场 模 型 相 结 合，从而提高计算准确程度。 Ｌｉｕ Ｈｏｎｇ 等［６］ 讨论 了基于水蒸气冷凝原理的车辆用灯具内部结雾原 理，并根据 该 原 理 提 出 车 灯 的 临 界 雾 化 湿 度 的 概 念。 Ｊｉａｎｇ Ｌａｎ Ｆａｎｇ 等对集成大功率 ＬＥＤ 灯的散 热方法进行了研究，以解决散热器在工程中应用的 散热问题，对不同造型的前大灯的温度场进行了研 究，并以某前大灯的造型设计为例，提出了考虑车 灯外部空气流动影响的车灯设计方法［７ －８］ 。
车灯点亮工作时，灯泡的辐射加热及对流加热 改变了车灯内部的空气与固体的温度分布。 由于 装饰框与反射镜的分割效果，车灯内部由若干相对 独立的空间组成（称为分区域）。 由于各个分区域 的空气温度变化是不同的，从而使各分区的结雾可 能性不同，造成了有的分区域不易结雾，有的区域 很容易结雾。 根据热力学关于结雾原理的解释，可 以理解为车灯的露点温度与车灯内部的温度太接 近是车灯结雾的原因，即车灯某一区域的固体壁面 温度低于该 区 域 的 露 点 温 度， 则 该 固 体 壁 面 将 结 雾。
在车灯点亮工作后车灯型腔内各分区域的温 度发生变化， 相 应 的 露 点 温 度 也 发 生 了 不 同 的 变 化。 分区空气温度的上升提高了该分区的露点温 度，但若固体温度变化不大，则该分区固体壁面附 近的空气因温度低于露点温度而很容易起雾。 为 此论文提出了车灯分区露点温度的概念，并给出判 定车灯起雾的方法，即结雾的条件为内壁面温度小 于等于该分区的露点温度。
灯的主要部件包括：远光灯、近光灯、转向灯以及 ３ 个光源的反射体、装饰框、灯罩、灯体等。 １．２ 车灯传热的基本过程
车灯传热过程比较复杂，它包含了热量传递的 ３ 种基本方式：热传导、热辐射及热对流。 车灯被 点亮后，灯丝对灯泡进行辐射加热，灯泡对反射体、 灯罩及遮光罩进行热辐射。灯泡对空气加热的效
收稿日期：２０１４ －１１ －２７ 作者简介：刘红（１９６０—） ，男，浙江杭州人，浙江工业大学教授，博士，主要研究对象为现代车灯开发。
本文研究的车灯属于组合结构，由于车灯外型 的曲面造型而使得车灯内部结构的零件形状比较 复杂，需要做必要的结构简 化。 主 要 简 化 如 下： （１） 消除灯体、 反 射体 等零 件 上 的 安 装 支 架 结 构； （２ ） 光源结构简化，以线光源描述金属卤素灯的复 杂结构。 １．４ 模型材料特性
方的局部区 域 分 为 所 考 虑 的 一 个 分 区， 其 温 度 很 低，最低只有 ２７．２５℃。 由软件可得灯罩左下角内 壁面的空气温度为 ４０℃，考虑到 ６０％的相对湿度， 查表 ３ 得到该区域的分区露点温度为 ３０．７℃，最 低温度低于露点温度。 空气被灯泡加热后进入这 个低温区后，由于气温迅速降低，水汽会从空气中 析出。 这意味着这个低温区范围内结雾的可能性 比较大，而工厂的淋雨试验也证明了这一点。 车灯 内部的气体的流动直接影响到灯内温度的分布，流 动不仅能够将热量从灯泡传递到灯腔内各处，提升 该处温度，而且较强的流动能够促使水分的蒸发， 从而降低结雾的可能。 而从图 ４ 的车灯内部空气 流速图来看， 灯 罩 左 下 方 的 空 气 流 速 也 是 比 较 低 的，这非常不利于车灯内部热量的扩散。
随着计算机技术以及计算传热学、计算流体力 学的迅速发展，计算流体力学数值计算技术的应用 越来越普遍，在许多领域取得了成功［５］ 。 本文尝 试利用数值分析的方法，预测可能出现的温度过低 的部分，并减少开发新产品过程中的成本。
１ 车灯模型简化
１．１ 车灯基本结构 图 １ 所示是某车灯厂生产的一款前大灯。 车
２０１５ 年 １ 月 机械设计与制造工程 Ｊａｎ．２０１５ 第 ４４ 卷 第 １ 期 Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．１
２．２ 空气速度分布 空气被灯泡加热后，由于受热不均衡，产生自
然对流。 空气的流动情况会影响到车灯内部的温 度分布情况。 图 ４ 所示为车灯稳态时的空气流动 情况。
１．５ 模型边界条件 根据车灯的工作环境状态将仿真的边界条件
设置为：初始环境温度为 ２０℃，１ 个标准大气压；空 气的辐射率和反射率均设置为 ０，即把空气看成辐 射的透明体，只参与对流换热；将物体的辐射特性 简化为灰体，并且将红外反射率简化为与温度无关 的常数。 １．６ 车灯的有限元模型
车灯的模型材料特性见表 １。
表 １ 车灯零件材料特性
车灯 导热率 ／（ Ｗ· 比热容 ／（ Ｊ· 红外 部件 ｍ －１ · Ｋ －１ ） ｋｇ －１ · Ｋ －１ ） 辐射率
红外 反射率
灯体
０ ．２３０
１ ８００
０ ．９５
０ ．００
灯泡
０ ．８００
７００
０ ．８５
０ ．１０
灯罩
０ ．１９０
１ ２００
３３２４９
６４
７６
１５．７
３３３１７
４８
５６
１４．２
３３４４７
７８
８３
６ ．０
３３２６９
４８
６３
２３．８
３３４７２
４１
４１
０
３３３９３
３９
４６
１５．２
３３５０３
５３
６４
１７．１
３３８９４
４６
５４
１４．８
３３２４１
４４
４８
８ ．３
３３２４５
５２
６４
１８．７
３．２ 结雾原因解释 从灯罩的温度分布图（图 ３）来看，将灯罩左下
３．３ 设计建议 ａ．改善前大灯各个功能区的设计，消除辐射死
区。 如图 ３ 所示，灯罩的左下角灯光完全照不到， 造成左下角的低温区很容易引起结雾。 进行车灯 设计时可以考虑将远光灯反射体往左下这个方向 移动，这样就可以减少甚至消除灯罩的低温区。
ｂ．消除流动死区。 由图 ２ 可以看出，由于转向 灯区域设计不合理，这里形成了空气的流动死区。 从远光灯处的热空气进入这个区域后，流速骤降， 这样对灯罩的加热效果就非常有限了。 考虑到这 个因素，一般车灯设计应注重车灯前部要留有大空 间，就是让空气能够顺畅地流动。
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２０１５ 年第 ４４ 卷 机械设计与制造工程
表 ３ 相对湿度 ６０％时的露点温度表
环境温度 ／℃ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０
露点温度 ／℃ ２．６０ ７．４０ １２．００ １６．９０ ２１．４０ ２６．３０ ３０．７０
ＤＯＩ：１０．３９６９ ／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５ －５０９Ｘ．２０１５．０１．０１８
汽车车灯的结雾准则研究
刘 红１ ，曹 翔１ ，蒋兰芳２
（１．浙江工业大学 机械工程学院，浙江 杭州 ３１００１４） （２．浙江工业大学 之江学院，浙江 杭州 ３１００２４ ）
摘要：针对某车灯（前照灯、后尾灯）易发生结雾而影响车灯正常使用的问题，建立车灯热 －流耦 合仿真模型对车灯点亮工作状态进行仿真分析。 在准确预测车灯各部件的温度分布和内部空气 流动状态的条件下，提出了分区露点温度的概念，并给出了基于仿真分析温度场结果的分区露点 温度的计算方法。 在此基础上，对汽车车灯点亮后是否结雾给出了判定准则。 研究成果为开展 车灯的热设计以实现车灯防雾提供了有益的基础。 关键词：车灯；结雾；温度场；露点温度；热流耦合分析 中图分类号：Ｕ４６３．６５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：２０９５ －５０９Ｘ（２０１５）０１ －００７５ －０４
根据几何简化结果、材料பைடு நூலகம்性及边界条件，得 到的车灯有限元模型如图 ２ 所示。
２ 数值计算结果分析
２．１ 温度分布 由于车灯结雾发生在灯罩上，所以灯罩的温度
·７６·
图 ４ 车灯流场情况
２．３ 车灯分区露点温度 露点温度指空气在水汽含量和气压都不改变
的条件下，冷却到饱和时的温度，即空气中的水蒸 气变为露珠时候的温度叫露点温度。 露点温度与 压力、湿度有关，露点与气温的差值可以表示空气
·７５·
２０１５ 年第 ４４ 卷 机械设计与制造工程
图 １ 车灯基本结构
果是，空气在重力的作用下自然对流，将热量带到 车灯内部的各个角落。 车灯点亮后，整个过程的前 半段都是一个非稳态的过程，直到灯丝的加热和灯 罩灯体与空气的自然对流降温达到动平衡时，车灯 的温度达到稳态。 １．３ 模型简化
分区露点温度的计算流程是：根据仿真得到的 车灯温度场分布确定分区；查表得分区露点温度； 在所关心的分区获得固体表面的温度；与该区域的 分区露点温度相比较，如果低于分区露点温度，则 结雾。
３ 实验验证及设计建议
３．１ 实验验证 仿真分析的结果要通过实验进行验证。 具体
方法是在灯罩上打上小孔，在实验室里面利用热电 偶来测出灯罩不同位置的温度，如图 ５ 所示。
图 ５ 车灯实验
实验中事先选取灯罩上的一些关键点，将热电 偶测量值和仿真值的对比列入表 ２，误差分析可见 仿真值和实验值相对误差较小。 计算得出平均误 差小于 １３．４％，具有较高的可信度。
序号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０
表 ２ 实验结果对比
节点号 仿真值 ／℃ 实验值 ／℃ 相对误差 ／％
ｃ．提高车灯密封质量，相对湿度越低，结雾的 可能性越低。
４ 结束语
本文提出了分区露点温度的概念，并给出了车 灯点亮后是否结雾的判定准则。 这样可以在产品 还没有规模生产前就有预测产品是否有结雾等问 题的可能，不仅降低了研发成本，还提高了生产效 率。 但是，本文探讨的是车灯结雾的准则，更加接
对车灯而言，有些结构导致了车灯容易起雾， 其原因是结构设计不合理。 提高车灯温度场、尤其 是提高固 体 壁 面 的 温 度 是 避 免 结 雾 的 简 单 方 法。 而提高车灯温度场的途径是：依靠灯泡的热辐射和 气体的对流换热。 由于热辐射的直线传播性，辐射 加热的部位有限，车灯的更多部位需要靠对流换热 的方式加热， 因 而 对 流 换 热 气 流 的 流 速 显 得 很 重 要。
有不少学者针对不同型号的车灯做了很多有 关车灯结 雾 的 机 理 分 析 及 消 除 措 施 方 面 的 研 究。 黄宝陵等［２］ 指出了车灯结雾的 ３ 个基本条件：（１） 车灯内的空气中必须含有足够的水蒸气；（２） 车灯 内必须存在温度低于当地水蒸气凝结临界温度的 区域；（３）车灯内部存在凝结核心。 徐小平等［３］ 人 从热分析角度指出有些车灯由于装饰作用，造成狭 窄区域构成明显的车灯内部空气流动的死区，并且 无灯光对该区域的灯罩内表面有明显的加热作用， 导致了该区域灯罩内表面温度较低。 林娇弟［４］ 确 定了实践上可行的凝结判断准则。
随着汽车车灯行业的不断发展，车灯的热设计 越来越受工程人员的关注。 但是到目前为止，车灯 内部结雾仍然是影响车灯质量的一个主要问题，同 时也是一个世界性难题，各国车灯具制造厂家都在 研究探讨这一难题［１］ 。 以前的车灯主要是用玻璃 和金属制作，现在主要采用工程塑料。 塑料的熔点 比较低，车灯温度过高，会引起塑料的软化造成车 灯不能正常工作。 另一方面，温度过低，很容易引 起车灯起雾的问题，严重影响驾驶员的视线，威胁 人的生命安全。 因此有必要对车灯热问题进行研 究。
２０１５ 年第 １ 期 刘红：汽车车灯的结雾准则研究
中的水汽距离饱和的程度。 由于目前没有合适的 方法判断车灯结构是否会影响结雾，因此本研究引 进分区露点温度的概念，通过 ＣＡＥ 仿真计算得到 车灯某一区域的露点温度，即分区露点温度，由此 可以判断该区域是否容易结雾：该区域的壁面温度 有较多的低于分区露点温度的点，则容易结雾。
０ ．９０
０ ．１０
反射体 ０．６１８
１ ０２５
０ ．０５
０ ．９５
图 ２ 分析模型
分布是本文的重点分析对象。 灯泡点亮后，光线从 灯泡出发，大部分光线由反射体反射照到灯罩上， 对灯罩起到了辐射加热效果。 此外，被灯泡加热后 的空气通 过 热 对 流 交 换 也 对 灯 罩 起 到 加 热 作 用。 温度分布如图 ３ 所示。
Ｗ．Ｉ．Ｍｏｏｒｅ 等［５］ 人使用 ＡＤＩＮＡ －Ｆ 软件对车 灯内部的温度场和流场进行仿真，建立的辐射模型 不仅可以处理红外辐射，还可以处理可见光部分的
辐射，此外 这 个 辐 射 模 型 还 可 以 和 流 场 模 型 相 结 合，从而提高计算准确程度。 Ｌｉｕ Ｈｏｎｇ 等［６］ 讨论 了基于水蒸气冷凝原理的车辆用灯具内部结雾原 理，并根据 该 原 理 提 出 车 灯 的 临 界 雾 化 湿 度 的 概 念。 Ｊｉａｎｇ Ｌａｎ Ｆａｎｇ 等对集成大功率 ＬＥＤ 灯的散 热方法进行了研究，以解决散热器在工程中应用的 散热问题，对不同造型的前大灯的温度场进行了研 究，并以某前大灯的造型设计为例，提出了考虑车 灯外部空气流动影响的车灯设计方法［７ －８］ 。
车灯点亮工作时，灯泡的辐射加热及对流加热 改变了车灯内部的空气与固体的温度分布。 由于 装饰框与反射镜的分割效果，车灯内部由若干相对 独立的空间组成（称为分区域）。 由于各个分区域 的空气温度变化是不同的，从而使各分区的结雾可 能性不同，造成了有的分区域不易结雾，有的区域 很容易结雾。 根据热力学关于结雾原理的解释，可 以理解为车灯的露点温度与车灯内部的温度太接 近是车灯结雾的原因，即车灯某一区域的固体壁面 温度低于该 区 域 的 露 点 温 度， 则 该 固 体 壁 面 将 结 雾。
在车灯点亮工作后车灯型腔内各分区域的温 度发生变化， 相 应 的 露 点 温 度 也 发 生 了 不 同 的 变 化。 分区空气温度的上升提高了该分区的露点温 度，但若固体温度变化不大，则该分区固体壁面附 近的空气因温度低于露点温度而很容易起雾。 为 此论文提出了车灯分区露点温度的概念，并给出判 定车灯起雾的方法，即结雾的条件为内壁面温度小 于等于该分区的露点温度。
灯的主要部件包括：远光灯、近光灯、转向灯以及 ３ 个光源的反射体、装饰框、灯罩、灯体等。 １．２ 车灯传热的基本过程
车灯传热过程比较复杂，它包含了热量传递的 ３ 种基本方式：热传导、热辐射及热对流。 车灯被 点亮后，灯丝对灯泡进行辐射加热，灯泡对反射体、 灯罩及遮光罩进行热辐射。灯泡对空气加热的效
收稿日期：２０１４ －１１ －２７ 作者简介：刘红（１９６０—） ，男，浙江杭州人，浙江工业大学教授，博士，主要研究对象为现代车灯开发。
本文研究的车灯属于组合结构，由于车灯外型 的曲面造型而使得车灯内部结构的零件形状比较 复杂，需要做必要的结构简 化。 主 要 简 化 如 下： （１） 消除灯体、 反 射体 等零 件 上 的 安 装 支 架 结 构； （２ ） 光源结构简化，以线光源描述金属卤素灯的复 杂结构。 １．４ 模型材料特性
方的局部区 域 分 为 所 考 虑 的 一 个 分 区， 其 温 度 很 低，最低只有 ２７．２５℃。 由软件可得灯罩左下角内 壁面的空气温度为 ４０℃，考虑到 ６０％的相对湿度， 查表 ３ 得到该区域的分区露点温度为 ３０．７℃，最 低温度低于露点温度。 空气被灯泡加热后进入这 个低温区后，由于气温迅速降低，水汽会从空气中 析出。 这意味着这个低温区范围内结雾的可能性 比较大，而工厂的淋雨试验也证明了这一点。 车灯 内部的气体的流动直接影响到灯内温度的分布，流 动不仅能够将热量从灯泡传递到灯腔内各处，提升 该处温度，而且较强的流动能够促使水分的蒸发， 从而降低结雾的可能。 而从图 ４ 的车灯内部空气 流速图来看， 灯 罩 左 下 方 的 空 气 流 速 也 是 比 较 低 的，这非常不利于车灯内部热量的扩散。
随着计算机技术以及计算传热学、计算流体力 学的迅速发展，计算流体力学数值计算技术的应用 越来越普遍，在许多领域取得了成功［５］ 。 本文尝 试利用数值分析的方法，预测可能出现的温度过低 的部分，并减少开发新产品过程中的成本。
１ 车灯模型简化
１．１ 车灯基本结构 图 １ 所示是某车灯厂生产的一款前大灯。 车
２０１５ 年 １ 月 机械设计与制造工程 Ｊａｎ．２０１５ 第 ４４ 卷 第 １ 期 Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．１