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汽车的大灯就像人的眼睛：一旦出现问题，就会影响夜间或雨雾天行车的安全。在日常的行驶过程中，车前大灯面临着不断变化的环境条件，无论是普通的卤素大灯，带LED灯组的大灯，还是氙气大灯，均需确保它们免受灰尘、污物、沉积物和凝露的影响，始终能够给驾驶员带来清晰的视野。想要使车前大灯得到可靠保护，如何在防止其内部形成凝露并阻止污物和水进入的同时又能均衡灯罩内压力，是长期困扰汽车制造商和供应商的一个难题。 三种水分来源 车前大灯中的水分来源主要包括三种（图1），其中最常见的是由温差引起的脱附。当光源关闭后，温度下降，塑料材质的车前大灯就会像海绵一样吸收水分。当光源再次开启时，温度升高，塑料中释放出累积的水分（图2）。与此同时，露点的升高将导致车前大灯温度最低处形成凝露。下次关闭光源时，温度下降，塑料又将吸收水分。此过程中产生的水分约占车前大灯水分的80%。 第二种水分来源为渗透。在此过程中，外部水汽长期通过塑料不断进行扩散，从而进入外壳内部。 第三种水分来源是防水透气产品本身——水分可通过它进出车前大灯。
图1：车前大灯中的三种水分来源。
图2：超过50%的脱附水分为表面水分。 测量水分 尽管车前大灯中的水分含量通常以相对湿度表示，但由于它并不取决于当时的温度，规定露点实际上更加精确有用。这一点将在以下示例中详细说明，它表明了露点和温度之间的相关性。在此示例中，在实验室条件下对水分进行了测量。在22°C和50%相对湿度的环境条件下，露点为11°C（图3）。 如果温度降到15°C，相对湿度会上升至77%。露点则保持不变。温度为11°C时，相对湿度达到100%，这意味着空气饱和，不能吸收更多的水分。如果温度降至露点以下，则会发生凝露现象。
图3：水玻璃模拟表明了温度和湿度之间的相关性 通过对流或扩散方式除去外部水分 通常而言，有两种方法可用于除去水分和实现车前大灯的通风：对流和扩散。在本文中，对流是指开放式、横向通风并至少使用两个透气管工作，通过空气循环除去外部水分。该过程由温度升高时（例如，打开车前大灯时）或汽车行驶中因移动产生的压差而触发。这些压差会产生气流并带有外部潮湿空气（图4）。环境空气通过下部开口吸入并通过上部开口再次流出。但是，这种开放式防水透气解决方案的缺点是灰尘、污物颗粒、昆虫等也会随着吸入的空气一起进入车前大灯。同样，当汽车正在行驶或车前大灯开启时，对流才起作用。除此之外，由于大量部件堆积在发动机舱内而导致空气经常无法流通到车前大灯周围的所需区域，这也是个问题。
图4：温度上升和汽车移动会造成车前大灯中的空气流通。 除去车前大灯水分更为有效的方式其实是扩散。该物理过程实际上是水汽从高浓度区域移动到低浓度区域。扩散定律详细描述了这一移动情况：vD=-D*A*dc/dx，其中vD为扩散速率，D为扩散常数。显而易见，要提高扩散速率，行之有效的方法便是增大交换面积A与浓度梯度dc/dx，dc表示浓度差（dc=c1-c2），dx为浓度之间的距离。 交换面积A对扩散速率的影响如图5所示：交换面积越大，扩散速率也就越高。
图 5：扩散面越大，扩散速率越高 浓度梯度dc/dx对扩散速率的影响如图6所示：不难理解，在满足车前大灯内部和外部之间的条件时，当浓度差dc尽可能大，扩散距离dx尽可能小时，浓度梯度dc/dx会尽可能高，扩散速率就会越大。依据此原理，我们便可以设计出性能更优的防水透气产品。
图 6：随着浓度梯度的升高，扩散速率增大。 |
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