CN111046598B - 一种卤素灯具热仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种卤素灯具热仿真方法，包括以下步骤：获取待仿真卤素灯具；通过积分球系统测试所述待仿真卤素灯具并得到光电性能参数数据；根据所述光电性能参数数据计算得到实际热辐射数据和热传递数据；对所述待仿真卤素灯具进行简化建模获取简化灯具模型；将所述简化灯具模型、所述实际热辐射数据和所述热传递数据输入到热仿真建模系统中得到数值仿真数据；通过所述热仿真建模系统对所述数值仿真数据进行处理和分析获得仿真结果；判断所述仿真结果是否符合预设需求数据，若所述仿真结果符合所述预设需求数据，则将所述仿真结果确定为目标仿真结果，达到提高卤素灯泡对结构组件的影响的准确性。
Description
技术领域
本发明属于照明技术领域，更具体地说，是涉及一种卤素灯具热仿真方法。
背景技术
在目前汽车照明行业中，卤素灯具与LED灯具为汽车照明光源的主要选择，LED灯具具有光照强和色温亮的特点，但造价高和维护成本高；卤素灯具具有成本低、维护简单以及光线雾气穿透能力较强等优点，因而卤素灯具在汽车照明行业中占有很大的市场份额。卤素灯具主要以热辐射和热传递的形式发热。卤素灯具包括卤素灯泡和结构组件，卤素灯泡安装在结构组件中，结构组件包括灯罩和安装座。现有的卤素灯泡虽然在灯泡厂家在出厂时已经按照相关标准生产好，但结构组件通常由汽车厂家自行设计。卤素灯泡具有不同的热学性能参数，在实际工况中卤素灯泡对结构组件产生一定的影响。在卤素灯具的实际工况的设计需求中，提出卤素灯具的卤素灯泡产生的温度不允许超过卤素灯具的各个零件的材料的耐热温度。为了使卤素灯具满足一设计需求，通常人为经验按照该设计需求设计相应的结构组件，然后将该设计需求对应的卤素灯泡安装在该结构组件上，接着人为经验的判断当前的结构组件是否适用于当前的卤素灯泡，但是人为经验的判断当前的结构组件是否适用于当前的卤素灯泡的准确性不够高，不利于对卤素灯具进行快速且合理地优化，对卤素灯具的设计周期和研发成本有很大影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卤素灯具热仿真方法，以解决现有的人为判断卤素灯泡对结构组件的影响的准确性较低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种卤素灯具热仿真方法，包括以下步骤：
获取待仿真卤素灯具；
通过积分球系统测试所述待仿真卤素灯具并得到光电性能参数数据，其中，所述光电性能参数数据包括灯泡电流数据、可见光波段辐照强度分布数据和色温数据；
根据所述光电性能参数数据计算得到实际热辐射数据和热传递数据；
对所述待仿真卤素灯具进行简化建模获取简化灯具模型；
将所述简化灯具模型、所述实际热辐射数据和所述热传递数据输入到热仿真建模系统中得到数值仿真数据；
通过所述热仿真建模系统对所述数值仿真数据进行处理和分析获得仿真结果；
判断所述仿真结果是否符合预设需求数据，若所述仿真结果符合所述预设需求数据，则将所述仿真结果确定为目标仿真结果。
进一步地，所述判断所述仿真结果是否符合预设需求数据还包括以下步骤：
若所述仿真结果不符合所述预设需求数据，则对所述简化灯具模型的结构组件进行处理得到优化的简化灯具模型；
在得到所述优化的简化灯具模型后，返回执行所述将所述简化灯具模型、所述实际热辐射数据和所述热传递数据输入到热仿真建模系统中得到数值仿真数据的步骤。
进一步地，所述根据所述光电性能参数数据计算得到实际热辐射数据和热传递数据，还包括以下步骤：
根据所述灯泡电流数据计算得到输入电功率数据；
根据所述可见光波段辐照强度分布数据计算得到可见光波段辐射功率数据；
根据所述色温数据和可见光波段范围数据计算得到第一比例系数数据；
根据所述色温数据和全波段范围数据计算得到第二比例系数数据；
根据所述第一比例系数数据、所述第二比例系数数据和所述可见光波段辐射功率数据得到所述实际热辐射数据；
根据所述输入电功率数据和所述实际热辐射数据计算得到所述热传递数据。
进一步地，所述根据所述输入电功率数据和所述实际热辐射数据计算得到所述热传递数据具体包括：
将所述输入电功率数据减去所述实际热辐射数据得到所述热传递数据。
进一步地，所述根据所述第一比例系数数据、所述第二比例系数数据和所述可见光波段辐射功率数据得到所述实际热辐射数据具体包括：
所述第二比例系数数据除以所述第一比例系数数据得到第一数据；
所述第一数据乘以所述可见光波段辐射功率数据得到所述实际热辐射数据。
进一步地，所述对所述待仿真卤素灯具进行简化建模获取简化灯具模型具体包括：
根据热分析假设和自然对流仿真对所述待仿真卤素灯具进行简化建模获取所述简化灯具模型。
进一步地，所述将所述简化灯具模型、所述实际热辐射数据和所述热传递数据输入到热仿真建模系统中得到数值仿真数据具体包括以下步骤：
将所述简化灯具模型输入到所述热仿真建模系统中得到热学仿真模型；
将所述实际热辐射数据和所述热传递数据输入到所述热仿真建模系统中得到对应于所述热学仿真模型的灯丝边界数据。
进一步地，所述通过所述热仿真建模系统对所述数值仿真数据进行处理和分析获得仿真结果具体包括以下步骤：
设置所述热仿真建模系统的辐射吸收系数曲线数据和表面发射率系数数据，得到辐射换热计算数据；
通过所述热仿真建模系统根据所述辐射换热计算数据、所述热学仿真模型和所述灯丝边界数据计算得出所述仿真结果。
本发明提供的一种卤素灯具热仿真方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明基于待仿真卤素灯具的光电性能参数数据，进行相关计算后得到实际热辐射数据和热传递数据，将实际热辐射数据、热传递数据和简化灯具模型输入到热仿真建模系统中得到数值仿真数据，在热仿真建模系统中对数值仿真数据进行处理和分析，实现仿真待仿真卤素灯具的卤素灯泡对待仿真卤素灯具的结构组件影响。热仿真建模系统能够输出准确的仿真结果，方便用户将仿真结果与预设需求数据进行对比，用户对待仿真卤素灯具的设计判断更加准确和客观。若仿真结果符合预设需求数据，则用户可以直接对该待仿真卤素灯具直接进行试制生产即可。用户还可以根据仿真结果和预设需求数据进行对比，然后准确调整待仿真卤素灯具，相比于人为经验调整待仿真卤素灯具，方便卤素灯具进行快速且合理地优化，有利于缩短卤素灯具的设计周期和降低研发成本。通过积分球系统直接获得灯泡电流数据、可见光波段辐照强度分布数据和色温数据，进一步提高对待仿真卤素灯具测试的便利性。灯泡电流数据、可见光波段辐照强度分布数据和色温数据可以用于准确地表征待仿真卤素灯具的卤素灯泡在测试电压下辐射发热的状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种卤素灯具热仿真方法的流程示意图一；
图2为本发明实施例提供的一种卤素灯具热仿真方法的流程示意图二；
图3为本发明实施例提供的一种卤素灯具热仿真方法的流程示意图三；
图4为本发明实施例提供的一种卤素灯具热仿真方法的流程示意图四；
图5为本发明实施例提供的一种卤素灯具热仿真方法的流程示意图五。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，现对本发明提供的一种卤素灯具热仿真方法进行说明。所述一种卤素灯具热仿真方法，包括以下步骤：
S1-1：获取待仿真卤素灯具；
S1-2：通过积分球系统测试所述待仿真卤素灯具并得到光电性能参数数据，其中，所述光电性能参数数据包括灯泡电流数据、可见光波段辐照强度分布数据和色温数据；
S1-3：根据所述光电性能参数数据计算得到实际热辐射数据和热传递数据；
S1-4：对所述待仿真卤素灯具进行简化建模获取简化灯具模型；
S1-5：将所述简化灯具模型、所述实际热辐射数据和所述热传递数据输入到热仿真建模系统中得到数值仿真数据；
S1-6：通过所述热仿真建模系统对所述数值仿真数据进行处理和分析获得仿真结果；
S1-7：判断所述仿真结果是否符合预设需求数据，若所述仿真结果符合所述预设需求数据，则将所述仿真结果确定为目标仿真结果。
本发明提供的一种卤素灯具热仿真方法，与现有技术相比，本发明基于待仿真卤素灯具的光电性能参数数据，进行相关计算后得到实际热辐射数据和热传递数据，将实际热辐射数据、热传递数据和简化灯具模型输入到热仿真建模系统中得到数值仿真数据，在热仿真建模系统中对数值仿真数据进行处理和分析，实现仿真待仿真卤素灯具的卤素灯泡对待仿真卤素灯具的结构组件影响。热仿真建模系统能够输出准确的仿真结果，方便用户将仿真结果与预设需求数据进行对比，用户对待仿真卤素灯具的设计判断更加准确和客观。若仿真结果符合预设需求数据，则用户可以直接对该待仿真卤素灯具直接进行试制生产即可。用户还可以根据仿真结果和预设需求数据进行对比，然后准确调整待仿真卤素灯具，相比于人为经验调整待仿真卤素灯具，方便卤素灯具进行快速且合理地优化，有利于缩短卤素灯具的设计周期和降低研发成本。通过积分球系统直接获得灯泡电流数据、可见光波段辐照强度分布数据和色温数据，进一步提高对待仿真卤素灯具测试的便利性。灯泡电流数据、可见光波段辐照强度分布数据和色温数据可以用于准确地表征待仿真卤素灯具的卤素灯泡在测试电压下辐射发热的状态。
具体地，待仿真卤素灯具包括卤素灯泡和结构组件，卤素灯泡安装在结构组件中，结构组件包括灯罩和安装座，灯罩和安装座用于设置在车内。仿真结果能得到当前的卤素灯泡的温度数据和当前的结构组件的温度数据，方便用户结合结构组件的耐热温度与预设需求数据进行分析和判断，以判断当前的卤素灯泡和当前的结构组件是否满足预设需求数据。
具体地，利用积分球系统在标准电压下测试待仿真卤素灯具在可见光波段内的灯泡电流数据、可见光波段辐照强度分布数据和色温数据，其中，标准电压为13.5V。
具体地，积分球系统包括积分球、光谱仪、内置标准灯、辅助灯、标准灯和辅助灯专用电源、样品供电电源、功率计、夹具和数据处理装置等。
进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的一种卤素灯具热仿真方法的一种具体实施方式，在步骤S1-7还包括以下步骤：
S2-1：若所述仿真结果不符合所述预设需求数据，则对所述简化灯具模型的结构组件进行处理得到优化的简化灯具模型；
S2-2：在得到所述优化的简化灯具模型后，返回执行步骤S1-5。
用户直接对简化灯具模型的结构组件进行优化处理，用户不需要根据汽车设计不同规格的结构组件来安装相同规格的卤素灯泡。用户直接对简化灯具模型的结构组件进行反复修改和确认，便可以仿真不同规格的结构组件来安装相同规格的卤素灯泡，从而确定符合预设需求数据的卤素灯具。由于不需要为生产结构组件而消耗一定的时间，从而减少根据待仿真卤素灯具设计成最终卤素灯具的研发周期和成本，避免在卤素灯具在设计过程中依靠经验试错获得到应用在不同车内的最佳的卤素灯具。
具体地，采用CAD软件、solidworks软件或proe软件对简化灯具模型的结构组件进行处理得到优化的简化灯具模型。若采用CAD软件对简化灯具模型的结构组件进行处理得到优化的简化灯具模型，在CAD软件的图形操作界面对简化灯具模型的结构组件的尺寸和线条等进行处理。若采用solidworks软件对简化灯具模型的结构组件进行处理得到优化的简化灯具模型，在solidworks软件的图形操作界面对简化灯具模型的结构组件的尺寸和线条等进行处理。
进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的一种卤素灯具热仿真方法的一种具体实施方式，在步骤S1-3中还包括以下步骤：
S3-1：根据所述灯泡电流数据计算得到输入电功率数据；
S3-2：根据所述可见光波段辐照强度分布数据计算得到可见光波段辐射功率数据；
S3-3：根据所述色温数据和可见光波段范围数据计算得到第一比例系数数据；
S3-4：根据所述色温数据和全波段范围数据计算得到第二比例系数数据；
S3-5：根据所述第一比例系数数据、所述第二比例系数数据和所述可见光波段辐射功率数据得到所述实际热辐射数据；
S3-6：根据所述输入电功率数据和所述实际热辐射数据计算得到所述热传递数据。
步骤S3-1~ S3-6有利于提高卤素灯泡热仿真的准确性。
具体地，将色温数据和可见光波段范围数据输入到普朗克定律公式计算得到第一比例系数数据，可见光波段范围数据设为380～780nm，实现对普朗克定律公式在光的可见光波段区域进行积分得到第一比例系数数据；
将色温数据和全波段范围数据输入到普朗克定律公式计算得到第二比例系数数据，全波段范围数据设为300~5000nm，实现对普朗克定律公式在光的全波段区域进行积分得到第二比例系数数据；
其中，
普朗克定律公式为：
其中𝜆为波长，T为色温，A为光源面积，Ω为空间角，h为普朗克常量，c为光速，k为玻尔兹曼常数，在普朗克定律公式在本发明的应用过程中， A可定为常数，Ω可定为常数范围，达到简化普朗克定律公式以用于计算得到第一比例系数数据和第二比例系数数据。
优化地，将光电性能参数数据输入到计算系统中得到实际热辐射数据和热传递数据，其中，计算系统包括计算处理器和计算存储器，计算存储器用于存储相关的计算指令，计算处理器用于调用和执行计算存储器的计算指令，计算指令被执行时实现一种卤素灯具热仿真方法中的步骤S3-1～S3-6。
进一步地，作为本发明提供的一种卤素灯具热仿真方法的一种具体实施方式，将步骤S3-6设为：
将所述输入电功率数据减去所述实际热辐射数据得到所述热传递数据。
进一步地，作为本发明提供的一种卤素灯具热仿真方法的一种具体实施方式，步骤S3-5具体包括以下步骤：
所述第二比例系数数据除以所述第一比例系数数据得到第一数据；
所述第一数据乘以所述可见光波段辐射功率数据得到所述实际热辐射数据。
进一步地，作为本发明提供的一种卤素灯具热仿真方法的一种具体实施方式，步骤S1-4具体包括以下步骤：
根据热分析假设和自然对流仿真对所述待仿真卤素灯具进行简化建模获取所述简化灯具模型。
具体地，根据热分析假设和自然对流仿真对所述待仿真卤素灯具进行简化建模获取所述简化灯具模型具体包括以下步骤；
将待仿真卤素灯具的小质量元件取消掉，其中小质量元件包括螺丝、线束和灯珠等；
将待仿真卤素灯具的电子元件采用规则体替代，其中电子元件包括调光电机和PCB板；
将待仿真卤素灯具进行几何清理，即去除待仿真卤素灯具的花纹、刻字等特征；
对已将小质量元件取消掉的、已将电子元件采用规则体替代的以及已进行几何清理的待仿真卤素灯具进行建模获取所述简化灯具模型。
优化地，采用CAD软件、solidworks软件或proe软件进行简化建模。
进一步地，请参阅图4，作为本发明提供的一种卤素灯具热仿真方法的一种具体实施方式，步骤S1-5还包括以下步骤：
S4-1：将所述简化灯具模型输入到所述热仿真建模系统中得到热学仿真模型；
S4-2：将所述实际热辐射数据和所述热传递数据输入到所述热仿真建模系统中得到对应于所述热学仿真模型的灯丝边界数据。
具体地，在热仿真建模系统的模型输入界面导入简化灯具模型；
在热仿真建模系统的热辐射数据输入界面输入实际热辐射数据；
在热仿真建模系统的热传递数据输入界面输入热传递数据。
进一步地，请参阅图5，作为本发明提供的一种卤素灯具热仿真方法的一种具体实施方式，步骤S1-6具体包括以下步骤：
S5-1：设置所述热仿真建模系统的辐射吸收系数曲线数据和表面发射率系数数据，得到辐射换热计算数据；
S5-2：通过所述热仿真建模系统根据所述辐射换热计算数据、所述热学仿真模型和所述灯丝边界数据计算得出所述仿真结果。
具体地，在热仿真建模系统的辐射吸收系数曲线数据界面设置热学仿真模型的半透明材料零件的辐射吸收系数曲线数据，半透明材料零件包括热学仿真模型的灯泡的石英玻璃和热学仿真模型的结构组件的灯罩，辐射吸收系数曲线数据用于仿真计算待仿真卤素灯具的透明体因吸收辐射源发出辐射而升温的现象；
在热仿真建模系统的表面发射率系数数据界面设置热学仿真模型的全部零件的表面发射率系数数据，表面发射率系数数据用于仿真计算待仿真卤素灯具的表面与周围环境辐射换热的热平衡现象；
通过热仿真建模系统的分析工具界面根据所述辐射换热计算数据、所述热学仿真模型和所述灯丝边界数据求解得出所述仿真结果，其中，分析工具界面包括表面云图工具界面、切面云图工具界面和流场迹线工具界面。
仿真结果包括待仿真卤素灯具的温度场、速度场和湿度场，预设需求数据包括预设温度场、预设速度场和预设湿度场。
优化地，热仿真建模系统设为FloEFD热仿真软件或ansys软件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种卤素灯具热仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取待仿真卤素灯具；
通过积分球系统测试所述待仿真卤素灯具并得到光电性能参数数据，其中，所述光电性能参数数据包括灯泡电流数据、可见光波段辐照强度分布数据和色温数据；
根据所述光电性能参数数据计算得到实际热辐射数据和热传递数据；
对所述待仿真卤素灯具进行简化建模获取简化灯具模型；
将所述简化灯具模型、所述实际热辐射数据和所述热传递数据输入到热仿真建模系统中得到数值仿真数据；
通过所述热仿真建模系统对所述数值仿真数据进行处理和分析获得仿真结果；
判断所述仿真结果是否符合预设需求数据，若所述仿真结果符合所述预设需求数据，则将所述仿真结果确定为目标仿真结果。
2.如权利要求1所述的一种卤素灯具热仿真方法，其特征在于，所述判断所述仿真结果是否符合预设需求数据还包括以下步骤：
若所述仿真结果不符合所述预设需求数据，则对所述简化灯具模型的结构组件进行处理得到优化的简化灯具模型；
在得到所述优化的简化灯具模型后，返回执行所述将所述简化灯具模型、所述实际热辐射数据和所述热传递数据输入到热仿真建模系统中得到数值仿真数据的步骤。
3.如权利要求1所述的一种卤素灯具热仿真方法，其特征在于，所述根据所述光电性能参数数据计算得到实际热辐射数据和热传递数据，还包括以下步骤：
根据所述灯泡电流数据计算得到输入电功率数据；
根据所述可见光波段辐照强度分布数据计算得到可见光波段辐射功率数据；
根据所述色温数据和可见光波段范围数据计算得到第一比例系数数据；
根据所述色温数据和全波段范围数据计算得到第二比例系数数据；
根据所述第一比例系数数据、所述第二比例系数数据和所述可见光波段辐射功率数据得到所述实际热辐射数据；
根据所述输入电功率数据和所述实际热辐射数据计算得到所述热传递数据。
4.如权利要求3所述的一种卤素灯具热仿真方法，其特征在于，所述根据所述输入电功率数据和所述实际热辐射数据计算得到所述热传递数据具体包括：
将所述输入电功率数据减去所述实际热辐射数据得到所述热传递数据。
5.如权利要求3所述的一种卤素灯具热仿真方法，其特征在于，所述根据所述第一比例系数数据、所述第二比例系数数据和所述可见光波段辐射功率数据得到所述实际热辐射数据具体包括：
所述第二比例系数数据除以所述第一比例系数数据得到第一数据；
所述第一数据乘以所述可见光波段辐射功率数据得到所述实际热辐射数据。
6.如权利要求1所述的一种卤素灯具热仿真方法，其特征在于，所述对所述待仿真卤素灯具进行简化建模获取简化灯具模型具体包括：
根据热分析假设和自然对流仿真对所述待仿真卤素灯具进行简化建模获取所述简化灯具模型。
7.如权利要求1所述的一种卤素灯具热仿真方法，其特征在于，
所述将所述简化灯具模型、所述实际热辐射数据和所述热传递数据输入到热仿真建模系统中得到数值仿真数据具体包括以下步骤：
将所述简化灯具模型输入到所述热仿真建模系统中得到热学仿真模型；
将所述实际热辐射数据和所述热传递数据输入到所述热仿真建模系统中得到对应于所述热学仿真模型的灯丝边界数据。
8.如权利要求7所述的一种卤素灯具热仿真方法，其特征在于，所述通过所述热仿真建模系统对所述数值仿真数据进行处理和分析获得仿真结果具体包括以下步骤：
设置所述热仿真建模系统的辐射吸收系数曲线数据和表面发射率系数数据，得到辐射换热计算数据；
通过所述热仿真建模系统根据所述辐射换热计算数据、所述热学仿真模型和所述灯丝边界数据计算得出所述仿真结果。
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