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嘉峪检测网 2021-03-31 09:07
不同的气候特征具有明显的环境条件差异。研究发现，对气候老化试验来讲，亚热带气候和干热沙漠气候具有广泛的代表性。在这两种典型气候下进行汽车大气暴露试验，老化效果明显。亚利桑那州凤凰城暴露试验站和新疆吐鲁番干热试验场分别为国外及国内典型的干热环境试验站，两者在环境严酷度上有相似之处又有差异。对吐鲁番和凤凰城两个干热自然环境试验场某年度各月份的太阳总辐照量（45º）、空气温度、空气相对湿度数据进行统计，两个干热试验场各环境因素的对比情况如下。
图1~3为中美干热试验场月平均温度统计、月最高温度统计、月最低温度统计，可以看出，3-8月份吐鲁番的平均温度和最高温度要比凤凰城高，而每月最低温度要比凤凰城低。同时，吐鲁番冬季温度最低达到-15℃，而凤凰城冬季最低温度为7℃。这说明吐鲁番季节温差和昼夜温差更大。吐鲁番干热地区3月至10月的平均温度与美国凤凰城相差不多，吐鲁番更容易出现极端高温天气。然而，在1月、2月、11月及12月，吐鲁番地区温度明显低于凤凰城。
图4为中美干热试验场每月太阳总辐照量统计，由于吐鲁番的纬度（约43º）比凤凰城纬度（约26º）高，凤凰城试验站基本上每月的太阳辐照总量都比吐鲁番高，年辐照总量凤凰城比新疆吐鲁番高出约30%。
图5为中美干热试验场月平均湿度统计，除个别月份，吐鲁番每月平均相对湿度几乎都比凤凰城低，在7-10月，吐鲁番平均湿度在25%以下，凤凰城平均湿度明显较高。对比来看夏季吐鲁番更为干燥。
综上所述，吐鲁番太阳辐射总量低于美国凤凰城试验场，而空气温度吐鲁番季节温差跟昼夜温差更大。夏季吐鲁番气温更高，冬季气温吐鲁番与凤凰城相差较大。从相对湿度对比来看，吐鲁番气候更加干燥。由此看出，同属于干热气候，吐鲁番与凤凰城仍然存在一定的差异。
TNR模型(temperature normalized radiation，温度调节辐照量)最早由GMW在汽车内饰材料暴晒标准中提出，在相同的辐照量下，温度更高的材料老化程度更高，因此该模型根据温度与辐照量数据评价环境的严酷程度。TNR环境应力模型由于计算简单，数据获取容易，得到了广泛推广。TNR公式如下：
式中：R——实测的太阳辐射量，兰利（ly），每5min取值一次；
T——试样表面温度（或黑板温度计温度），℃，每5min取值一次；
TNR——温度校正辐照量，由R及T计算累加得到，兰利（ly）。
根据式（1）和每5min一次的实测数据，得到吐鲁番和凤凰城的TNR值。吐鲁番的TRN值为7979.36ly,凤凰城的TRN值为10137.02ly。我国吐鲁番干热试验场全年综合环境应力低于美国凤凰城试验场，其严酷度约是凤凰城试验场的79%。说明在我国吐鲁番地区连续一年的汽车整车暴晒试验无法取代凤凰城干热自然暴露试验。
车内环境受到外界环境的直接影响，在车外光照、温度、湿度的综合影响下，不同的气候特征会对车内环境产生不同的效果。车内空气环境特征以及车内外部件表面温度是直接表征整车环境严酷度的主要参数，对于研究车辆零部件及材料的耐候性有重要的参考作用，也能为材料老化的实验室模拟提供具体的对应数据。在吐鲁番与凤凰城的外界环境数据分析来看，吐鲁番与凤凰城夏季平均气温相差不大，且夏季是一年当中气候最严酷的季节，因此针对性地研究6-9月份中美干热场车内微环境及部件温度的差异。
将同一车型在两大试验场进行大气暴露试验，采用热电偶，在车内仪表板下方布置空气温度点（如图6），日照计测量仪表板辐射强度（如图7）。同时，对仪表板中部、后排座椅坐垫、发动机舱盖、车顶四个车内外部件进行表面温度监测。吐鲁番及凤凰城试验场6-9月份的对比数据如下。
图6部件表面温度布点
图7仪表板辐射测量点
图8是6-9月各月份车内仪表板辐射总量对比，由于凤凰城的外界太阳辐射总量高于吐鲁番，因此仪表板太阳辐射总量凤凰城比吐鲁番更高。而图9为6-9月车内空气温度对比，图10为6-9月四个月份车内空气温度的总积温时间。从图中可以看出，吐鲁番凤凰城的平均温度及最低温度相差不大，最高温度吐鲁番更高一些。总体上≥50℃及≥60℃范围的积温时间凤凰城更多，在极端温度≥70℃区间，吐鲁番的时间更长。这说明凤凰城的仪表板辐射总量更高，而在吐鲁番车内环境也更容易出现极端高温情况。
图8 车内仪表板辐射总量对比(w/m2)
图9 车内空气温度对比(℃)
图10 车内空气温度积温时间对比(h)
图11、图12分别为6-9月四个月期间汽车部件表面平均温度和最高温度对比情况，可以看出，仪表板、后排座椅、前舱、车顶表面的平均温度两大试验场相差不大，平均温度相差不超过2℃。而在图12最高温度对比中，吐鲁番的部件表面最高温度要明显高于凤凰城，例如仪表板的最高温度在吐鲁番为99.7℃，在凤凰城为88.3℃。
图11(左)6~9月汽车部件表面平均温度(℃)
图12(右)6~9月汽车部件表面最高温度(℃)
表1及表2列出了6-9月每个月份的部件平均温度和最高温度的具体数值。部件温度主要受到太阳辐射量和环境温度的影响。在6-8月份，基本上吐鲁番试验场部件表面温度大于凤凰城，参考图1得知，这主要是由于6月-8月吐鲁番环境平均温度比凤凰城要高。其中只有7月份仪表板、座椅表面的温度吐鲁番试验场要低于凤凰城，由于7月两地环境平均温度相差相对更小，且太阳辐射量凤凰城比吐鲁番高出很多，车内部件温度受到太阳辐射的影响较大，导致7月凤凰城车内部件的表面温度更高。9月份吐鲁番环境温度下降较多，因此其部件温度也受到影响，普遍低于凤凰城。
从最高温度数据可以看出，由于6-8月吐鲁番环境最高温度比凤凰城高，因此吐鲁番试验场车辆部件最高温度较高。由图2、图4得知，9月份环境最高温度凤凰城与吐鲁番类似，而吐鲁番的辐照量少，因此吐鲁番的部件最高温度相对更低。总体来看，6-8月份吐鲁番的部件平均温度较高，而到9月份由于吐鲁番环境温度大幅下降，部件平均温度降低，而后续月份吐鲁番的温度下降更多，辐照量更少，因此可以推测后续月份的部件表面平均温度会低于凤凰城，最高温度也会低于凤凰城。
本文针对干热环境，对比两大试验站在环境特征、整车性能、车辆失效形式等方面的差异，考核汽车整车及零部件在典型的、有代表性的干热环境条件下的环境适应性, 积累环境适应性数据, 为汽车的材料、工艺、设计、防护技术、质量管理等方面提供科学依据，也为汽车大气暴露试验场地的选择提供参考。对比两大干热试验场，得出以下结论;
(1)外界环境显示，凤凰城地区的太阳辐射强度更强，在3-10月份两地平均温度相差较小，但吐鲁番季节温差及昼夜温差较大，在夏季也更容易出现极端高温天气。
(2)由环境应力值计算得知，我国吐鲁番干热试验场全年综合环境应力低于美国凤凰城试验场，其严酷度约是凤凰城试验场的79%。
(3)由6-9月车内空气环境温度及仪表板辐射量对比情况得知，车内空气平均温度相差不大，但凤凰城的≥50℃温度范围的时间更长，仪表板受到的辐射量也更高；而吐鲁番试验场的车内空气最高温度更高。
(4)从6-9月车内及车外部件表面温度情况对比发现，部件表面温度受到环境温度及环境辐射量的影响，而车内表面部件更容易受到强辐射的影响而温度升高。6-8月平均温度最高温度大多高于凤凰城，9月份最高温度平均温度吐鲁番都低于凤凰城。
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