边界条件。使用DO模型计算车灯内部的热辐射，我们需要设置相应的物质参数和边界条件。 物质的辐射特性（如吸收系数，散射系数，折射率等）设置如表3。1所示。由于反光镜是不透 明表面将反光镜内外表面的属性设置为Opaque，其余的部件如灯泡壁和配光镜等皆看作半透 明表面，BC Type设为semi-transparent。另外漫射分数（Diffuse Fraction）也是对于辐射换热 十分重要的参数，漫射分数表征的是具有漫射特性的辐照站总辐射量的比例，由于一般情况 下的车灯配光镜和反光镜的壁面都会得到细致的打磨，我们认为车灯内部壁面非常光滑，大 部分辐射都是镜面反射，辐照中只有小部分辐射具有漫射特性，则漫射分数设置为0。05。

在建立好的车灯模型中，灯泡通过热辐射将热量传递给配光镜和反光镜，配光镜和反光 镜这二者之间也存在辐射换热关系。在考虑到外界环境的情况下，太阳辐射也会通过热辐射 的方式将热量传递给配光镜。在本文中太阳辐射通过DO辐射模型中的太阳射线跟踪算法进行 加载，其中具体的直接太阳辐照与漫射太阳辐照通过太阳计算器来进行计算，太阳计算器所 需的各个参数要通过当地的实际情况来进行确定。

本算例中各个部件间的换热关系较多，便于理解起见我们画出了一个车灯内部各个部件 之间的换热关系图，如图2。1所示。在进行分析时，我们根据灯泡的功率以及灯丝的面积计算 出灯丝的热流密度以面载荷的形式加载在灯丝模型的外表面上。并以灯泡达到稳定工作状态 时内部的温度施加在灯泡模型的内部空气上。

2。5 基本控制方程

车灯内部的自然对流是层流流动，因此在车灯内部流动算例中采用的是稳态、三维、粘 性流体模型，基于连续介质的假设，在直角坐标系下稳态、三维、粘性流体的基本控制方程 组包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程，方程表达式如下：

连续性方程本科毕业设计说明书 第 7 页

直角坐标系下的三维、常物性、不可压缩流体的Navier-Stokes方程（N-S方程）：

x  方向的Navier-Stokes方程：

y 方向的Navier-Stokes方程：

能量守恒方程：

其中 Fx 、Fy 、Fz 分别为体积力在 x、y、z 方向上的分量。为空气密度； p 是空气压力； g 为重力加速度；Cp 为空气的定压比热容；T 为空气温度；为空气的导热系数；x、y、z 为 三个方向； u、v、w 为三个方向上对应的速度。由于灯内空气是理想气体，理想气体为牛顿

流体，牛顿流体的切应力服从牛顿粘性定律(u v w) ，其中为流体的动力粘度。

式（2。2）-（2。6）存在6个未知量 u、v、w、、p、T ，但只有5个方程为了使方程组 封闭还需要再补充一个方程。由于在本算例中我们视车灯内部的空气为理想气体，则对于理 想气体存在：

p RT （2。7）

在本算例中，车灯内部的流体为理想空气，且温度处于2000K以下，故动力粘度可以通 过萨兰特公式[20]求出：

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式中0 和 T0 为参考温度及相应粘度，B为与气体种类有关的常数，对于空气 B 110。4K   。

2。6 边界条件和初始条件

为了得到车灯内部温度场各个节点平衡方程的解，我们需要一定的初始条件以及边界条 件与方程进行联立求解，本算例中主要涉及到三种边界条件[21]，如图2。8所示。