CFD-Simulation der Be- und Enttauungsprozesse in Kfz-Scheinwerfern

Autor(en): Maschkio, Thorsten Paderborn, 21. März 2007 Seiten: 180 Auflage: 1 Sprache: DE ISBN-10: 3867271984 ISBN-13: 9783867271981 Zugeordnete Fachbereiche: Ingenieurwissenschaften Kategorie: Dissertation Bezugsmöglichkeiten Print Version 23,00 € 21,85 € In den Warenkorb eBook (4757.9 kB) 23,00 € In den Warenkorb

Kurzbeschreibung

Die zunehmend kürzer werdenden Entwicklungszeiten erfordern die Verlagerung detaillierter Systemprüfungen in eine frühe Phase der Produktentstehung. Da zu diesem Zeitpunkt experimentelle Methoden aufgrund fehlender Prototypen nicht einsetzbar sind, werden vermehrt Simulationsmethoden verwendet, die auf virtuellen Prototypen basieren.
Auch zur Analyse des Be- und Enttauungsverhaltens von Scheinwerfern sind solche Simulationsmethoden wünschenswert. Betauung bezeichnet dabei die Kondensation von Wasser in den sichtbaren Bereichen eines Scheinwerfers und wird vom Kunden als Qualitätsdefizit gewertet.
Diese Arbeit hat zum Ziel, eine Simulationsmethode zur Analyse dieser Vorgänge zu entwickeln, zu validieren und ihre Anwendungsmöglichkeiten zu demonstrieren. Da-zu erfolgt im ersten Teil der Arbeit die mathematische Beschreibung der Be- und Ent-tauungsvorgänge, die vor allem durch Mechanismen des Wärme- und Stofftransports beeinflusst werden. Viele der relevanten Gleichungen sind in kommerziellen CFD-Simulationswerkzeugen bereits enthalten, so dass die Verwendung solcher Tools neben der effektiven und robusten Lösung der Gleichungen auch Zugriff auf zusätzliche Features wie Pre- und Post-Processing ermöglicht. Noch nicht enthaltene Glei-chungen sind in den Berechnungsablauf zu integrieren.
Vor einem Einsatz der Simulationsmethode im Entwicklungsprozess neuer Schein-werfer ist deren Gültigkeit im Rahmen der Validierung zu prüfen. Dazu wurden anhand eines Versuchsaufbaus unter definierten Bedingungen Be- und Enttauungsvorgänge erzeugt und mit geeigneter Messtechnik dokumentiert. Diese Vorgänge wur-den anschließend in Simulationen nachgebildet, wobei sich zwischen Mess- und Simulationsergebnissen eine hohe Übereinstimmung zeigte.
Die Anwendung der Simulationsmethodik im Entwicklungsprozess neuer Scheinwerfer ermöglicht neben der Lokalisierung der betauungskritischen Bereiche auch die Bewertung von Maßnahmen, die die Reduzierung der Betauungsproblematik zum Ziel haben.

Description

Cumulatively shortened time schedules for development require a shifting of detailed system checks at an early stage of a product’s development. Previously, experimental methods could not be used as prototypes and are still not available, so that simulation methods, which are based upon virtual prototypes, are increasingly applied.
These simulation methods are also desirable for the analysis of fogging and defogging processes in headlamps. Fogging, and consequently defogging denote condensation and evaporation of water in visible areas of a headlamp and are evaluated as a quality deficit by the customer.
This work aims at developing, validating and demonstrating possible applications of a simulation method for analyzing these processes. Therefore the first part of this work contains the mathematical description of fogging and defogging processes which are mainly influenced by mechanisms of heat and mass transfer. As many of the relevant equations are already included in commercial CFD simulation tools, the use of such tools allows for the efficient and robust solution of the equations as well as for the access to additional features like pre- and post-processing. Equations which are not yet included have to be integrated into the computational procedure.
Prior to the use of the simulation method during the development of new headlamps, its validity had to be approved during the validation. For this reason, fogging and defogging processes have been generated under well-defined conditions for a test set-up and documented by suitable and appropriate measurement techniques. These processes have then been reproduced by simulations where a high correlation between measurements and simulations could be identified and recorded.
The use of the simulation method during the development process of new headlamps allows for the detection of critical areas of fogging as well as for the evaluation of measures which endeavour to minimise the problem of fogging.