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摘要：随着汽车工业的快速发展，人们在追求汽车的实用性和便利性的同时，也越来越重视汽车的安全性和可靠性。汽车前照灯对行车安全和行车信号通信有着至关重要的影响，前照灯的雾霾问题已成为影响前照灯质量的重要因素，是汽车安全行驶的隐患。雾霾引起的前照灯维修和报废率高是前照灯设计人员一直在研究和试图解决的关键问题。前照灯的防雾设计直接影响前照灯的雾情况。因此，有必要在设计初期对关键部件进行优化设计，改善前照灯内部的流场和温度场分布，以解决前照灯的雾霾问题。

关键词：汽车前灯;雾化机理;分析防雾设计;方法;研究

1雾化机理分析

雾化实际上是灯内水蒸气的凝结，这是水蒸气在一定条件下液化的物理现象。实现液化的方法有两种：一种是降低温度;第二个是压缩量。汽车前组合灯处于半封闭状态，灯壳上有几个气孔，用于灯内外气流的交换，以保证灯内外气压相同。因此，前组合灯中的液化现象主要是由恒压下的温度变化引起的。前照灯中的流动介质为含有水蒸气和灰尘的空气，其流动形式为自然对流。当灯亮时，灯内气体与各部件之间会发生复杂的热交换现象，如热传导、热对流和热辐射。当温度较高的潮湿空气接触灯的冷区时，灯的内表面会形成雾。当灯熄灭时，灯的温度比灯中的气体下降得快。当灯的温度低于灯内空气的饱和温度时，也会形成雾。

根据热力学，当液滴的气液两相平衡满足开尔文方程时：

P0为T温度下平液面的蒸气压;P为T温度下弯曲液面的蒸气压;ρ为凝结液体密度;M为液体摩尔质量。当饱和度P/P0达到某一数值时，蒸汽分子就凝结成具有一定半径r的液滴，其半径r为临界半径rc。水蒸气的凝结过程分为液滴形成阶段和逐渐变大阶段。凝结液首先形成于凝结核心处，典型的凝结核心一般为材料表面的微小凹凸处和尘埃颗粒等，水蒸气在凝结核心处形成小水珠，这个过程称为成核过程。当凝结不断进行时，液滴半径r不断增大，由开尔文公式可得，液滴存在和发展的条件为

当液滴半径r小于临界半径RC时，液滴将继续蒸发和收缩，直到消失。在纯蒸汽中，液滴形核的初始半径很小，除非蒸汽的过冷度足够大，使rc值足够小，否则液滴的形成和生长是困难的。当粉尘颗粒或物料表面有小凹凸不平时，水蒸气会吸附在表面形成水滴，使水滴凝结核心在开始时有一个大半径，从而大大增加水滴的形成和生长。

根据上述雾化机理分析，灯具雾化必须满足三个条件：1）灯具内空气湿度足够大。当灯打开或关闭时，灯内外发生气流交换，尤其是在雨天，外部环境中的水分通过灯壳上的通风口进入灯内部，增加灯内空气的湿度。2） 有一个冷凝核心。空气中的灰尘，以及灯玻璃内表面的微小凹面和凸面，为水蒸气提供了冷凝核心。3） 灯具区域的温度低于蒸汽液化的临界温度。

2防雾措施分析

2.1改善环境清洁度

汽车前组合灯为半封闭式，通过通风孔实现灯具内部与外界的气流交换，通风孔上设有“通风罩”，通风膜允许气体分子自由通过，同时灰尘等固体颗粒不能进入，从而达到“通风除尘”的效果。因此，灯具内部空气的清洁度主要取决于灯具制造过程的环境清洁度。现在很多车灯制造商都使用高级洁净室来制造和组装车灯，车灯内空气的清洁度也得到了极大的提高。

2.2改善材料的表面性能

灯的雾化主要在视觉上反映在灯的内表面。灯具内表面的小凹面和凸面为雾化提供冷凝芯。为了提高灯具玻璃内表面的亮度，一是提高灯具玻璃模具相应成型面的平整度，这对模具的加工提出了很大的挑战，很难突破现有制造技术水平;二是在灯具玻璃内表面喷涂防雾涂层，减少冷凝芯的数量，提高材料表面的亲水性。其作用原理是利用亲水基团亲和性的防雾涂料对水进行吸附，降低水的表面张力，减少水分子与物体表面的接触角，使水润湿，扩散吸附在物体表面，或者形成一层厚度均匀的1～5微米的透明水膜，大大降低入射光的散射影响，从而达到视觉平滑雾的目的。由于防雾涂料是在紫外光固化后喷涂在透明材料上的，其喷涂环境要求较高，喷涂工艺复杂，如质量缺陷将无法修复，因此成本较高。此外，防雾涂层的防雾功能只是一种视觉效果，雾是真实存在的，但让人们“看到”这种透明的水膜，雾对灯具电路的安全使用和材料的加速老化是无法消除的。与灯具的使用寿命相比，防雾涂层的有效期较短，不是理想的防雾措施。

2.3降低湿度

在灯具其他部分密封良好的情况下，通过通风口实现与外部环境的气流交换。在灯具内外气流交换过程中，空气中混合的水蒸气通过通风口进入灯体。前照灯的湿度在旱季较低，在雨季或雨雪季节较高。可以看出，灯具内的空气湿度主要由环境湿度决定。在灯具中添加干燥剂可以降低灯具内部的湿度，但干燥剂是有时间限制的，过期后必须更换，增加了使用成本。

2.4提高灯具内温度场的均匀性

2.4.1提高光源的热辐射

在汽车前组合灯的设计过程中，合理布置光源、后视镜和灯具的相应位置和结构，使光线经过直射和反射后尽可能到达灯具的各个部位，减少灯具温度梯度的变化，提高灯具内部温度的均匀性。但在实践中，由于光线分布和车辆造型的要求，部分前照灯延伸到车身装饰表面的侧面，这部分装饰表面区域是光线无法照射的“冷区”。

2.4.2加强气流交换

由于热辐射的线性传输特性，辐射加热的部分受到限制，更多的前照灯区域需要通过对流换热进行加热。因此，设计合理的气流通道，加强对流换热就显得尤为重要。灯中的气流通过对流传热与灯部件表面进行热交换。根据牛顿冷却定律，对流热为Q=qA=AhδT，式中，Q为热流密度;A为传热面积;δT是流体和固体表面之间的温差。光源附近的气体加热后温度升高，在对流作用下流向低温区。高温气体与灯具冷区的部件进行热交换，实现对冷区的加热，气流还可以带动灯具各部件中的水蒸气流动，甚至通过通风孔散发到外部环境。气体在灯的每个部分循环，相互混合和渗透，使温度趋于均匀。在气流交换更顺畅的地方，形成雾的可能性较小。综上所述，通过对各种防雾措施的分析比较，可以看出，在目前的技术水平和制造工艺条件下，通过合理的结构设计来加强大灯内的气流交换，是最经济、有效、可靠的方法，从根本上解决雾霾问题。

3结论

雾化主要与湿度、温度场分布和灯具内的冷凝芯有关，因此防雾设计可以从改善环境清洁度、改善材料表面性能、降低湿度、加强气流交换、提高灯具内温度场的均匀性等方面入手。本文采用理论分析与仿真相结合的方法，通过优化设计和实验验证，分析了前照灯的雾化机理，结合前照灯雾化的三种条件，探讨了影响前照灯雾化的主要因素;通过分析比较各种防雾措施的优缺点和可行性，从根本上解决雾霾问题最经济可行的方法是优化前照灯关键部件的结构，打开对流“死区”内的气流通道，加强气流交换。通过对某型前组合大灯雾气的热分析，对装饰板结构上的“槽”进行了优化设计，并进行了实验测试，获得了理想的防雾效果。满足美观设计和防雾效果的要求，从而解决灯具整体美观设计与防雾要求之间的矛盾。关键部位“开槽”开启气流通道的创新设计，对大灯防雾设计具有非常重要的指导意义。

参考文献

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