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摘要：随着城市交通的日益发达，汽车相关制造业也逐渐成熟，尤其是汽车灯具的设计和制造工艺，灯具制造的质量档次都有了很大的提高。近几十年的汽车灯具的发展历程中，对于灯具的起雾现象的解决措施的研究依然是设计专家长期努力的对象。根据物理原理，灯具中存在水蒸气，当空气含有的水蒸气在遇冷的条件下，会在汽车的灯具上形成一层雾气，罩在灯具的表面，无论是汽车的外观还是在夜间行驶时车灯的照明方面都会有较大的影响。本文对汽车灯具起雾因素进行分析，对于新型汽车灯具设计优化措施进行探讨。 国论文
关键词：汽车灯具；防雾设计；实施措施
1 概述
汽车灯具的雾珠的形成原因是灯具体内的内积水造成的，伴随着灯具的起雾，同样存在的问题是二次起雾现象，出现这种状况会严重缩减灯具的使用寿命。不但如此，在汽车灯具的起雾原理中涉及的知识面广阔，其中包括：热流动、材料和结构的设计、传导等，但是由于技术和经验的不足，导致在过去的汽车灯具设计中大量使用的是光学设计，主要是以灯具使用中的内部对流场和温度场的基础之上进行设计分析，但是灯具的热设计仍然有很多的发展空间，同时这个也是导致灯具起雾的重要原因，还需要进一步的研究设计，来避免灯具的严重起雾现象。
2 起雾原理
当水蒸气与低于其饱和温度的表面接触时,根据表面性质的不同, 有两种不同的凝结形式。如果凝结液体能很好地湿润壁面 , 它就在壁面上铺展成水汽膜 ,这种凝结形式称为膜状凝结。当凝结液体不能很好的湿润壁面时 , 凝结水汽在壁面上形成一个个的微小液珠, 这种凝结形式称为珠状凝结。汽车灯具面罩的材料为合成树脂,是一种水所不能浸润的材料, 在其表面形成的凝结是珠状凝结, 从而严重影响了汽车车灯的照明和外观 (膜状凝起形成的水膜对光学性能没有多大影响 ,而且不影响外观)。
2.1 灯具内的空气中含有足够的水蒸气
灯具内水蒸气的来源主要有 2种途径:流入灯具的车周围环境中空气所含的水蒸气;灯具内的积水受热蒸发所形成的水蒸气。如果灯具内不存在积水 , 周围环境变化所导致的空气中水蒸气的凝结是起雾的主要原因。最主要的情形是:灯具原先处在湿度较高、温度也较高的环境中 ,灯具内空气的湿度较大 ;当环境温度降低时如果灯具内的水蒸气不能充分流动扩散到环境中去,仍维持高的浓度 ,当灯具内某些区域温度低于当地的水蒸气凝结临界温度时 ,就会出现起雾现象。大多数情况下, 灯具内的积水蒸发形成的水蒸气是造成起雾的主要原因 。当灯具点亮时, 灯泡周围空气的温度急剧上升, 通过辐射和自然对流换热 ,使灯具内的积水受热蒸发,使得在空气温度较高的区域有较大的湿度, 水蒸气通过对流和扩散作用被输送到车灯的各个角落。由于灯具内部温度分布不均匀,当湿度较高 、温度较高的空气流到温度较低的区域时, 其中所包含的一部分水蒸气就有可能凝结成雾。而灯具内的积水来源有4种途径如图 1所示 。
2.2存在雾气凝结核心
凝结核心对形成较大范围的明显凝结是必不可少的 。在灯具内部的空气中, 凝结核心相对较少 ,水蒸气不易凝结 。而在灯具内零部件表面的凹凸起伏不但可以吸附水蒸气, 而且提供了凝结核心, 使得液滴初始半径较大, 水蒸气就可能在这些凹凸起伏处凝结成液滴 ,并不断扩展为雾气 。这 3种因素的综合作用 ,促成了起雾现象的出现。稳定起雾出现准则
式中, R为液滴半径 ;σ为液滴表面张力 ;Ts 为水蒸气饱和温度;h
LG 为汽化潜热;ρ L 为液滴密度 ;T L为液滴温度 (近似于环境温度)。
3 灯具起雾的环境因素
灯具内浓度场的存在环境主要是温度场与对流场，灯具内部温度的不均匀性，温度就会偏低，对流的强度就会消减，起雾的形成空间就会增大。
3.1 灯具内温度场
灯具内温度场的分布环境是灯具起雾最重要的影响因素，经过实验验证，灯具起雾部位基本上属于温度较低的区域。例如：灯具大灯的照相测量，根据观察可以看出起雾的区域。一般温度测量采用的是“热电偶方法”，可以分析出灯具的温度的分布特点是：灯具内的温度的分布方式主要是以“辐射换热”和“自然对流的换热”结合。如果阻挡或者是削弱辐射，或在灯具的内部设计自然对流的死区，都会引起局部温度的偏低，内部就会发生起雾。在灯具的温度场设计上，应该尽量避免灯具安装装饰框，减少灯罩对于灯泡辐射能量的吸收，这样的设计扩大了灯具空间加大了空气对流速度和范围，从而减少起雾的形成环境。
3.2 灯具内对流场
灯具内部流动的主要原因是温度的不均匀造成。灯具的换气设计，要根据车型进行灯具内部和外界空气之间的气流对换。由于灯具内部气流的交换会直接作用于灯具内部温度分布，灯具中的气体对流可以将热量对流到灯具的各个角落，灯具的整体温度就会提高，并且提供了充足的蒸发空间。透气的灯具设计，通过透气的灯具内部的气流交换，可以将灯具内部的水汽扩散到外部环境里，有效的降低了灯具起雾的发生概率。
3.3 灯具内湿度场
灯具内部的湿度场也是受温度影响的，除此之外，汽车的灯具的工作形式是闪烁，这也会对灯具内部的湿度环境产生影响。在灯具的高浓度区域，会增加灯具湿度的范围，引起多水环境下的灯具起雾。
4 汽车灯具的防雾应用
在汽车灯具的防雾设计有以下六个内容：第一，控制保证灯具内部湿度，灯具零部件，以及灯具生产的环境湿度保持在常规状态下。第二，在汽车的灯具结构设计上，应该消除灯具的辐射及对流的死角区域。第三，在灯具的内部表面增强防雾涂层的喷涂工艺，改变灯具中水蒸气的凝结方式，将凝结方式转变为膜状凝结。第四，对灯具的透气孔的个数进行妥善的调整，改变位置和大小，尽量促进水汽的及时对流。第五，根据设计原理对灯具的反射镜进行形状与灯泡位置的调整，改变其辐射场的分布。第六，对于汽车灯具的密封性的增强，可以有效的减少水分的进入。
5 应用与结论
根据前面的分析, 可以考虑的一些防雾的措施有：(1)改变汽车灯具装饰框设计, 消除辐射和对流死区；(2)增强灯具的密封性能, 减少水分来源；(3)对面罩内表面进行表面改性增加防雾漆喷涂工艺,使凝结方式变为膜状凝起；(4)调整透气孔的个数 、位置和大小, 使水汽能够及时被对流带走；(5)调整反射镜的形状和灯泡的位置, 改变辐射场分布；(6)控制保证灯具内部湿度 ,灯具零部件及生产灯具环境的湿度保持在常规状态下
6 结语
汽车内部的起雾原因有很多类型，但是主要的影响因素包括：灯具内部结构的温度场、流动场以及浓度场，通过对这三方面的控制调整，可以减少汽车灯具的起雾。所以，为了提高汽车灯具的产品的质量和性能，需要进行深刻的研究和分析，找出根本性的问题。
参考文献：
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[2] 李均，孙林.新型汽车灯具防雾设计及应用[J].江西科学，2011（2）.
[3] 袁文军，李宪华.新型汽车灯具镀膜机及变压器的设计[J].机械研究与应用，2009.
论文作者:孙素明
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/14
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