Araç aydınlatma sistemlerinin ısıl analizi ve tasarıma etkilerinin  araştırılması
Thermal analysis of vehicle lighting system and investigation of its effects on the design
Yazar: KEMAL FÜRKAN SÖKMEN
Danışman: PROF. DR. RECEP YAMANKARADENİZ
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Otomotiv sektöründe plastik malzeme kullanımının artması aydınlatma elemanları için daha önceden karşılaşılmayan ısıl problemlerin ortaya çıkmasına sebep olmuştur. Çalışmada araç aydınlatma sistemlerinin sıcaklık kaynaklı problemlerini Ansys-CFX yazılımı yardımıyla incelenmiştir. Sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. 

Çalışmada ilk olarak basit geometri analizi ile ısı kaynağı olan ampullerin çözüm kriterleri  deneysel ve nümerik çalışmalarla belirlenmiştir. Örnek araç aydınlatma ürünleri için öncelikle eleman sayısından bağımsız çözümler bulunmuştur. Sistem içinde ısı kaynağı olan ampuller etrafında havanın akış karakteristiği belirlenmiştir. LED sistemlerinin ısıl analiz şartlerı belirlenmiştir. Far içi ön yoğuşma analizleri yapılmıştır. Farlar üzerinde güneş etkisi araştırılmıştır. Bütün analizler ANSYS 12.1 yazılımında laminar doğal taşınımlı, üç boyutlu ve sürekli rejimde gerçekleştirilmiştir. İletim etkileri ve yerçekimi etkileri dikkate alınmıştır. Işınım etkilerini görmek için Monte Carlo ışınım metodu kullanılmıştır.

Çalışma sonunda ön, arka ve sis farı analizleri belirlenen kriterler çerçevesinde  yapılmış sonuçlar deneysel verilerle doğrulandı.. Eleman tipi, sayısı ve sınır şartlarında belirlenen kriterlerin doğruluğu tespit edildi. Far içinde ısı transferinin büyük oranda doğal taşınım ve ışınım ile olduğu görüldü. Doğal taşınım etkisinin malzeme seçimine direk etkilediği tespit edildi. LED sistemlerinin uygun Tj sıcaklığında çalışabilmesi için far içinde sıcaklığın az olduğu bölgelere yerleştirilemsi gerektiği sonucuna varıldı. LEDler için gerekli kanatçık tasarımı geliştirilen makro ile yapıldı. Makro ile belirlenen kanatçık şekli ve sayısı analizlerle doğrulandı. LEDlerin soğutulması için her 1 W?a karşılık, 1 cm2 devre alanı gerektiği tespit edildi. Ön yoğuşma analizinde hava akımının sıkıştığı bölgelerde, akışı rahatlatacak geometrilerin oluşturulması gerektiği belirlendi. Yoğuşma makrosuna göre yapılan hesaplamalarda beklenen bölgede yoğuşma tespit edildi ve gerekli tasarım önlemi alındı. Güneş yük etkisi için örnek analiz yapılarak ışığın odaklanma riski araştırıldı.

Abstract:
Increasing of usage plastic material on automotive sector cause never seen thermal problem for lighting systems. In study thermal problems of lighting system analyse with help of Ansys-CFX hardware. Results are compared with experimental results.

First of all, solution criterias of basic geometric analyse & thermal source bulbs define with experimental & numeric studies. Independent solutions from element number find for sample car lighting products. Graphic of air flow around thermal source bulbs hass defined inside of system. Thermal analyse circumstances of LED system has defined. pre condensation analyses has done inside of head lamp. Sun effect has searched over head lamp. All analyses has realized with laminar natural conduct, 3 diemension & constant regime on ANSYS 12.1 software. Transmission & gravity effects have considered. Monte Carlo radiation metod has used in order to see radiation effects.

At the end of study, head, rear & fog lamp analyses & results have confirmed with experimental datas defined criterias. Defined criterias has confirmed with element type, number and limit circumstances. High rate of thermal transfer with natural convection and ration has seen. Natural transfer effected directly from material selection has identified. LED system should located into less temperature place in head lamp in order to work at proper Tj temperature. Necessary airfoil has designed with developed makro for LEDs. Makro defined airfoil shape & number has confirmed with analyses. It need 1 W for each 1cm2 area in order to cool of LEDs. Geometries makes easy the flow should be defined at air flow sticked areas at pre conduct analyse. Conduct has identified at expected areas which are calculated according to conduct makrro & mandatory design action has taken. Light focus risc has searhed with sample analyse done for sun load effect.