Yeni nesil bir taşıt aydınlatma sisteminin ısıl kriterler ve yoğuşma önleme odaklı tasarımı ve prototip imalatı

Abstract

Otomotiv dış aydınlatma sistemleri gerek güvenlik, gerek enerji kullanımı, gerekse de görsel dış tasarıma etki etmeleri itibari ile otomobili oluşturan parçaların öne çıkanları arasındadır. Aydınlatma sistemlerinde gelişim teknolojinin her dalında olduğu gibi süreklilik halinde devam etmektedir. Işık kaynaklarında, teknolojide, yöntemlerde ve performansta gelişim eş zamanlı olarak yönetilmesi gereken farklı problemler ortaya çıkarmıştır. Plastik ham maddelerin kullanılmasıyla sıra dışı geometride far tasarımlarının yapılması far içerisinde sıcaklığın daha dengesiz yayılmasına ve ilave olarak hava akışının yetersiz olduğu birçok pasif bölge oluşumuna sebep olmaktadır. Dolayısıyla günümüz farlarındaki çalışma şartları, lens üzerinde yoğuşma oluşumuna daha elverişli hale gelmiş ayrıca optik prizmasız şeffaf lensin kullanılması oluşan yoğuşmanın fark edilmesini de bir o kadar kolaylaşmıştır. Bu doktora tez çalışmasında örnek bir taşıt aydınlatma lambası üzerinde yoğuşma oluşumu incelenmiştir. Çalışmada öncelikli olarak bilgisayar ortamında analizlerle yoğuşma oluşumu incelenmiş olup uygulanan test şartnamesine göre bilgisayar ortamında bir yoğuşma analizi metodu geliştirilmiştir. Bu yöntemde yoğuşmanın analizi için ticari Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yazılımlarından FLUENT' in Eulerian Wall Film (EWF) modeli kullanılmıştır. Daha sonra örnek lamba üzerindeki yoğuşmanın azaltılması/önlenmesi için ampul bölgesindeki ısının daha soğuk bölgelere taşınması amacıyla farklı ısı dağıtım yapısı tasarımları gerçekleştirilmiş ve analiz ortamında birbirleriyle kıyaslanmıştır ve en uygun ısı dağıtım yapısının prototipi imal edilerek deneysel olarak da incelenmiştir. Isı dağıtım yapısı ile ampul bölgesindeki yüksek sıcaklık soğuk bölgeye iletilmiş ve lens yüzeyindeki yoğuşma oluşumunu azaltıcı yönde etki meydana gelmiştir. Projede yapılan deneysel çalışmalarda sıcaklık ölçümlerinin yanı sıra yoğuşmanın zamana bağlı takibi için video kaydı da gerçekleştirilmiştir. Deneysel verilerle analiz sonuçları sıcaklık değerleri üzerinden kıyaslandığında %95 mertebesinde yakınsama olduğu tespit edilmiş ve bu yakınsamanın mesh sayısında azalma ile kötüleştiği de ortaya çıkarılmıştır. Ayrıca yapılan yoğuşma analizi neticesi ile deneysel ortamda tespit edilen yoğuşma miktarlarının zamana bağlı değişimleri ciddi derecede uyum içerisinde olduğu görülmüştür.

Automotive lighting systems become prominent among the automobile parts due to safety purposes, energy usage and its effects on the visual exterior design. Evolution on lighting systems are continuously going on similar to every technological segments. Evolution on light sources, technology, methodology and performance brings out different problems which must be handled simultaneously. Linked to plastic raw material usage, facing with extreme headlamp designs provides unbalanced heat transfer inside the lamp and additionally many passive areas with limited air flow. So todays headlamp working conditions become more suitable to have a condensation on lens surface, and also usage of clear lenses without any optical prisms makes it very easy to realize the condensation inside lamp. In this PhD thesis study, condensation formation was investigated on a sample vehicle lighting lamp. Condensation was firstly investigated on computer simulations and linked to the chosen test conditions a condensation simulation methodology was developed. In this methodology, Eulerian Wall Film (EWF) model of a commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) software FLUENT was used to simulate the condensation. Later on, to lower/prevent the condensation inside the sample lamp with the target to transfer the heat from high temperature bulb area to the low temperature passive area, different heat dissipation structures were modeled and these structures were compared each other in numerical studies and the results are investigated also experimentally as producing a prototype for the most suitable heat dissipation structure. The heat dissipation structure transferred the high heat on bulb area to the lower temperature area and reduced the condensation on the lens surface. Along the experimental studies in project, besides the temperature measurements, and also video recording was performed to investigate the condensation forming in the dedicated time period. %95 convergence was determined when comparing the numerical and experimental temperature results, and also it is found out that as mesh number decreases the convergence also decreases. On the other hand, it was seen that there is a good agreement on condensation forming between numerical and experimental results in the dedicated time period.