兩大典型干熱試驗(yàn)場(chǎng)環(huán)境溫度對(duì)比

 

不同的氣候特征具有明顯的環(huán)境條件差異。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)氣候老化試驗(yàn)來(lái)講，亞熱帶氣候和干熱沙漠氣候具有廣泛的代表性。在這兩種典型氣候下進(jìn)行汽車(chē)大氣暴露試驗(yàn)，老化效果明顯。亞利桑那州鳳凰城暴露試驗(yàn)站和新疆吐魯番干熱試驗(yàn)場(chǎng)分別為國(guó)外及國(guó)內(nèi)典型的干熱環(huán)境試驗(yàn)站，兩者在環(huán)境嚴(yán)酷度上有相似之處又有差異。對(duì)吐魯番和鳳凰城兩個(gè)干熱自然環(huán)境試驗(yàn)場(chǎng)某年度各月份的太陽(yáng)總輻照量（45º）、空氣溫度、空氣相對(duì)濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，兩個(gè)干熱試驗(yàn)場(chǎng)各環(huán)境因素的對(duì)比情況如下。

 

01.溫度

 

圖1~3為中美干熱試驗(yàn)場(chǎng)月平均溫度統(tǒng)計(jì)、月最高溫度統(tǒng)計(jì)、月最低溫度統(tǒng)計(jì)，可以看出，3-8月份吐魯番的平均溫度和最高溫度要比鳳凰城高，而每月最低溫度要比鳳凰城低。同時(shí)，吐魯番冬季溫度最低達(dá)到-15℃，而鳳凰城冬季最低溫度為7℃。這說(shuō)明吐魯番季節(jié)溫差和晝夜溫差更大。吐魯番干熱地區(qū)3月至10月的平均溫度與美國(guó)鳳凰城相差不多，吐魯番更容易出現(xiàn)極端高溫天氣。然而，在1月、2月、11月及12月，吐魯番地區(qū)溫度明顯低于鳳凰城。

 

 

 

 

02.太陽(yáng)輻射及相對(duì)濕度

 

圖4為中美干熱試驗(yàn)場(chǎng)每月太陽(yáng)總輻照量統(tǒng)計(jì)，由于吐魯番的緯度（約43º）比鳳凰城緯度（約26º）高，鳳凰城試驗(yàn)站基本上每月的太陽(yáng)輻照總量都比吐魯番高，年輻照總量鳳凰城比新疆吐魯番高出約30%。

 

圖5為中美干熱試驗(yàn)場(chǎng)月平均濕度統(tǒng)計(jì)，除個(gè)別月份，吐魯番每月平均相對(duì)濕度幾乎都比鳳凰城低，在7-10月，吐魯番平均濕度在25%以下，鳳凰城平均濕度明顯較高。對(duì)比來(lái)看夏季吐魯番更為干燥。

 

 

 

 

 

綜上所述，吐魯番太陽(yáng)輻射總量低于美國(guó)鳳凰城試驗(yàn)場(chǎng)，而空氣溫度吐魯番季節(jié)溫差跟晝夜溫差更大。夏季吐魯番氣溫更高，冬季氣溫吐魯番與鳳凰城相差較大。從相對(duì)濕度對(duì)比來(lái)看，吐魯番氣候更加干燥。由此看出，同屬于干熱氣候，吐魯番與鳳凰城仍然存在一定的差異。

 

03.環(huán)境應(yīng)力值

 

TNR模型(temperature normalized radiation，溫度調(diào)節(jié)輻照量)最早由GMW在汽車(chē)內(nèi)飾材料暴曬標(biāo)準(zhǔn)中提出，在相同的輻照量下，溫度更高的材料老化程度更高，因此該模型根據(jù)溫度與輻照量數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)環(huán)境的嚴(yán)酷程度。TNR環(huán)境應(yīng)力模型由于計(jì)算簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)獲取容易，得到了廣泛推廣。TNR公式如下：

 

 

式中：R——實(shí)測(cè)的太陽(yáng)輻射量，蘭利（ly），每5min取值一次；

 

         T——試樣表面溫度（或黑板溫度計(jì)溫度），℃，每5min取值一次；

 

         TNR——溫度校正輻照量，由R及T計(jì)算累加得到，蘭利（ly）。

 

根據(jù)式（1）和每5min一次的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得到吐魯番和鳳凰城的TNR值。吐魯番的TRN值為7979.36ly,鳳凰城的TRN值為10137.02ly。我國(guó)吐魯番干熱試驗(yàn)場(chǎng)全年綜合環(huán)境應(yīng)力低于美國(guó)鳳凰城試驗(yàn)場(chǎng)，其嚴(yán)酷度約是鳳凰城試驗(yàn)場(chǎng)的79%。說(shuō)明在我國(guó)吐魯番地區(qū)連續(xù)一年的汽車(chē)整車(chē)暴曬試驗(yàn)無(wú)法取代鳳凰城干熱自然暴露試驗(yàn)。

 

車(chē)內(nèi)微環(huán)境及部件表面溫度

 

車(chē)內(nèi)環(huán)境受到外界環(huán)境的直接影響，在車(chē)外光照、溫度、濕度的綜合影響下，不同的氣候特征會(huì)對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生不同的效果。車(chē)內(nèi)空氣環(huán)境特征以及車(chē)內(nèi)外部件表面溫度是直接表征整車(chē)環(huán)境嚴(yán)酷度的主要參數(shù)，對(duì)于研究車(chē)輛零部件及材料的耐候性有重要的參考作用，也能為材料老化的實(shí)驗(yàn)室模擬提供具體的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。在吐魯番與鳳凰城的外界環(huán)境數(shù)據(jù)分析來(lái)看，吐魯番與鳳凰城夏季平均氣溫相差不大，且夏季是一年當(dāng)中氣候最嚴(yán)酷的季節(jié)，因此針對(duì)性地研究6-9月份中美干熱場(chǎng)車(chē)內(nèi)微環(huán)境及部件溫度的差異。

 

將同一車(chē)型在兩大試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行大氣暴露試驗(yàn)，采用熱電偶，在車(chē)內(nèi)儀表板下方布置空氣溫度點(diǎn)（如圖6），日照計(jì)測(cè)量?jī)x表板輻射強(qiáng)度（如圖7）。同時(shí)，對(duì)儀表板中部、后排座椅坐墊、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、車(chē)頂四個(gè)車(chē)內(nèi)外部件進(jìn)行表面溫度監(jiān)測(cè)。吐魯番及鳳凰城試驗(yàn)場(chǎng)6-9月份的對(duì)比數(shù)據(jù)如下。

 

 

圖6部件表面溫度布點(diǎn)

 

 

圖7儀表板輻射測(cè)量點(diǎn)

 

01車(chē)內(nèi)微環(huán)境

 

圖8是6-9月各月份車(chē)內(nèi)儀表板輻射總量對(duì)比，由于鳳凰城的外界太陽(yáng)輻射總量高于吐魯番，因此儀表板太陽(yáng)輻射總量鳳凰城比吐魯番更高。而圖9為6-9月車(chē)內(nèi)空氣溫度對(duì)比，圖10為6-9月四個(gè)月份車(chē)內(nèi)空氣溫度的總積溫時(shí)間。從圖中可以看出，吐魯番鳳凰城的平均溫度及最低溫度相差不大，最高溫度吐魯番更高一些?？傮w上≥50℃及≥60℃范圍的積溫時(shí)間鳳凰城更多，在極端溫度≥70℃區(qū)間，吐魯番的時(shí)間更長(zhǎng)。這說(shuō)明鳳凰城的儀表板輻射總量更高，而在吐魯番車(chē)內(nèi)環(huán)境也更容易出現(xiàn)極端高溫情況。

 

 

圖8 車(chē)內(nèi)儀表板輻射總量對(duì)比(w/m2)

 

 

圖9 車(chē)內(nèi)空氣溫度對(duì)比(℃)

 

 

圖10 車(chē)內(nèi)空氣溫度積溫時(shí)間對(duì)比(h)

 

02汽車(chē)部件表面溫度

 

圖11、圖12分別為6-9月四個(gè)月期間汽車(chē)部件表面平均溫度和最高溫度對(duì)比情況，可以看出，儀表板、后排座椅、前艙、車(chē)頂表面的平均溫度兩大試驗(yàn)場(chǎng)相差不大，平均溫度相差不超過(guò)2℃。而在圖12最高溫度對(duì)比中，吐魯番的部件表面最高溫度要明顯高于鳳凰城，例如儀表板的最高溫度在吐魯番為99.7℃，在鳳凰城為88.3℃。

 

 

 

 

圖11(左)6~9月汽車(chē)部件表面平均溫度(℃)

 

 

圖12(右)6~9月汽車(chē)部件表面最高溫度(℃)

 

表1及表2列出了6-9月每個(gè)月份的部件平均溫度和最高溫度的具體數(shù)值。部件溫度主要受到太陽(yáng)輻射量和環(huán)境溫度的影響。在6-8月份，基本上吐魯番試驗(yàn)場(chǎng)部件表面溫度大于鳳凰城，參考圖1得知，這主要是由于6月-8月吐魯番環(huán)境平均溫度比鳳凰城要高。其中只有7月份儀表板、座椅表面的溫度吐魯番試驗(yàn)場(chǎng)要低于鳳凰城，由于7月兩地環(huán)境平均溫度相差相對(duì)更小，且太陽(yáng)輻射量鳳凰城比吐魯番高出很多，車(chē)內(nèi)部件溫度受到太陽(yáng)輻射的影響較大，導(dǎo)致7月鳳凰城車(chē)內(nèi)部件的表面溫度更高。9月份吐魯番環(huán)境溫度下降較多，因此其部件溫度也受到影響，普遍低于鳳凰城。

 

 

 

 

從最高溫度數(shù)據(jù)可以看出，由于6-8月吐魯番環(huán)境最高溫度比鳳凰城高，因此吐魯番試驗(yàn)場(chǎng)車(chē)輛部件最高溫度較高。由圖2、圖4得知，9月份環(huán)境最高溫度鳳凰城與吐魯番類(lèi)似，而吐魯番的輻照量少，因此吐魯番的部件最高溫度相對(duì)更低?？傮w來(lái)看，6-8月份吐魯番的部件平均溫度較高，而到9月份由于吐魯番環(huán)境溫度大幅下降，部件平均溫度降低，而后續(xù)月份吐魯番的溫度下降更多，輻照量更少，因此可以推測(cè)后續(xù)月份的部件表面平均溫度會(huì)低于鳳凰城，最高溫度也會(huì)低于鳳凰城。

 

結(jié)論

 

本文針對(duì)干熱環(huán)境，對(duì)比兩大試驗(yàn)站在環(huán)境特征、整車(chē)性能、車(chē)輛失效形式等方面的差異，考核汽車(chē)整車(chē)及零部件在典型的、有代表性的干熱環(huán)境條件下的環(huán)境適應(yīng)性, 積累環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù), 為汽車(chē)的材料、工藝、設(shè)計(jì)、防護(hù)技術(shù)、質(zhì)量管理等方面提供科學(xué)依據(jù)，也為汽車(chē)大氣暴露試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇提供參考。對(duì)比兩大干熱試驗(yàn)場(chǎng)，得出以下結(jié)論;

 

(1)外界環(huán)境顯示，鳳凰城地區(qū)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度更強(qiáng)，在3-10月份兩地平均溫度相差較小，但吐魯番季節(jié)溫差及晝夜溫差較大，在夏季也更容易出現(xiàn)極端高溫天氣。

 

(2)由環(huán)境應(yīng)力值計(jì)算得知，我國(guó)吐魯番干熱試驗(yàn)場(chǎng)全年綜合環(huán)境應(yīng)力低于美國(guó)鳳凰城試驗(yàn)場(chǎng)，其嚴(yán)酷度約是鳳凰城試驗(yàn)場(chǎng)的79%。

 

(3)由6-9月車(chē)內(nèi)空氣環(huán)境溫度及儀表板輻射量對(duì)比情況得知，車(chē)內(nèi)空氣平均溫度相差不大，但鳳凰城的≥50℃溫度范圍的時(shí)間更長(zhǎng)，儀表板受到的輻射量也更高；而吐魯番試驗(yàn)場(chǎng)的車(chē)內(nèi)空氣最高溫度更高。

 

(4)從6-9月車(chē)內(nèi)及車(chē)外部件表面溫度情況對(duì)比發(fā)現(xiàn)，部件表面溫度受到環(huán)境溫度及環(huán)境輻射量的影響，而車(chē)內(nèi)表面部件更容易受到強(qiáng)輻射的影響而溫度升高。6-8月平均溫度最高溫度大多高于鳳凰城，9月份最高溫度平均溫度吐魯番都低于鳳凰城。