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

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Beschreibung

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.