·724· 工程科学学报，第37卷，第6期 采取上入风和下回风的送风组织形式，工作室入风口 品被悬挂于HTPO20实验仓中心部位，样品的空间边 处空气流速分布比较均匀，风向可通过入风口处百叶 界模型如图2所示 窗调节.HTPO20实验仓的环境控制可采取程序运行 方式，反馈调节实现环境按设定程序变化，环境控制更 为精确灵活，温湿度变化边界更为明确 图2样品在HTP020实验仓中的空间边界模型 Fig.2 Spatial boundary modeling of the HTP-020 chamber which including a specimen 2.1.2温湿度测量 相变发生时，由于试样表面附近空气存在很大温 度梯度，试样表面附近区域的相对湿度值相应也会发 图1自搭建的HTP-020综合环境模拟实验仓外观 生刷烈变化，而当前主流的湿度传感器由于尺寸大，很 Fig.1 Appearance of the self-constructed HTP-020 comprehensive 难靠近试样表面，从而无法准确地测量试样表面相对 environmental simulated chamber 湿度，因此采用自主开发的组合型传感器的来监测样 品表面的温湿度陶.在样品的六个表面中心均布置 构建HTP020实验仓并利用其开展环境精确数 值仿真研究的优势在于以下几个方面：①作为 了温湿度传感器，监测点1、2、3、4、5和6的分布如图3 所示.在实验仓的左侧装有原位摄像系统用来捕捉液 HTPO20实验仓的联合设计方，本研究组了解该设备 的所有边界条件的详细情况，包括仓体的选材与结构 膜形态 设计、控制参数、送风组织方式等，较商用成品环境模 拟实验设备的边界条件更为清晰，便于与仿真建模模 拟相对接，开展实验验证研究.②作为研究用环境模 拟实验装置，在搭建中充分考虑到了开展与仿真预测 对比研究所需的灵活性，在送风速率与角度、送风口及 回风口尺寸与位置、甚至实验仓有效工作尺寸等均可 根据需要进行调整；因采用了分体结构设计，左侧是工 图3样品表面监测点分布示意图 作室，右侧是控制室，工作室和控制室间采用方形管道 Fig.3 Distributional sketch of monitoring points on specimen sur- 的可拆卸连接方式，甚至可以在不更换控制室的情况 faces 下单独更换工作室以对比研究不同仓体结构中的精确 2.1.3结露量测量 环境模拟情况.③该环境仓可模拟工程构件的多种力 为原位测量样品表面结露量随实验时间的变化关 化耦合综合环境，包括温湿度、淋雨、污染性气氛，并配 系，经反复测实验证，设计了如图4所示的露水收集测 有力学加载孔来耦合力学加载服役条件.④HTPO20 量装置，包括漏斗式露水汇集器、收集容器、挡风罩和 实验仓装置的工作仓尺寸较大（内部尺寸1970mm× 电子天平.其中电子天平用数据传输线与电脑连接后 1300mm×800mm),可满足小型工程材料/构件的环 能够实现数据同步显示与记录：挡风罩用来消除环境 境适应性测试需求 仓内空气流动对天平测量的干扰，同时起到固定漏斗 本研究实验样品尺寸为150mm×110mm× 汇集器的作用：漏斗汇集器与其下部的收集容器间不 100mm,材质为6061铝合金，环境模拟工况见表1，样 发生物理接触：在挡风罩上加一层隔热罩，防止高温对 表1实验环境模拟工况 天平以及露水质量的影响.实验时该装置放在试样下 Table 1 Simulated condition of test environment 方，自样品表面滑落的露水经漏斗汇集器落入收集容 样品放置 温度变化 升温速度/ 相对 器中，电子天平实时记录和显示收集到的露水质量 倾角/() 范围℃ (℃minl) 湿度/% 在上述设定的实验条件下，经多次实验确认，在本实验 20 30-70 2 80 条件下，天平及露水收集装置自身不会产生结露现象， 实验中天平可正常工作，且每次测量结束后都会对天工程科学学报，第 37 卷，第 6 期 采取上入风和下回风的送风组织形式，工作室入风口 处空气流速分布比较均匀，风向可通过入风口处百叶 窗调节． HTP--020 实验仓的环境控制可采取程序运行 方式，反馈调节实现环境按设定程序变化，环境控制更 为精确灵活，温湿度变化边界更为明确． 图 1 自搭建的 HTP--020 综合环境模拟实验仓外观 Fig． 1 Appearance of the self-constructed HTP--020 comprehensive environmental simulated chamber 构建 HTP--020 实验仓并利用其开展环境精确数 值仿 真 研 究 的 优 势 在 于 以 下 几 个 方 面: ① 作 为 HTP--020实验仓的联合设计方，本研究组了解该设备 的所有边界条件的详细情况，包括仓体的选材与结构 设计、控制参数、送风组织方式等，较商用成品环境模 拟实验设备的边界条件更为清晰，便于与仿真建模模 拟相对接，开展实验验证研究． ②作为研究用环境模 拟实验装置，在搭建中充分考虑到了开展与仿真预测 对比研究所需的灵活性，在送风速率与角度、送风口及 回风口尺寸与位置、甚至实验仓有效工作尺寸等均可 根据需要进行调整;因采用了分体结构设计，左侧是工 作室，右侧是控制室，工作室和控制室间采用方形管道 的可拆卸连接方式，甚至可以在不更换控制室的情况 下单独更换工作室以对比研究不同仓体结构中的精确 环境模拟情况． ③该环境仓可模拟工程构件的多种力 化耦合综合环境，包括温湿度、淋雨、污染性气氛，并配 有力学加载孔来耦合力学加载服役条件． ④HTP--020 实验仓装置的工作仓尺寸较大(内部尺寸 1970 mm × 1300 mm × 800 mm)，可满足小型工程材料/构件的环 境适应性测试需求． 本研究实验样品尺寸为 150 mm × 110 mm × 100 mm，材质为 6061 铝合金，环境模拟工况见表 1，样 表 1 实验环境模拟工况 Table 1 Simulated condition of test environment 样品放置 倾角/(°) 温度变化 范围/℃ 升温速度/ (℃·min － 1 ) 相对 湿度/% 20 30 ～ 70 2 80 品被悬挂于 HTP--020 实验仓中心部位，样品的空间边 界模型如图 2 所示． 图 2 样品在 HTP--020 实验仓中的空间边界模型 Fig． 2 Spatial boundary modeling of the HTP--020 chamber which including a specimen 2. 1. 2 温湿度测量 相变发生时，由于试样表面附近空气存在很大温 度梯度，试样表面附近区域的相对湿度值相应也会发 生剧烈变化，而当前主流的湿度传感器由于尺寸大，很 难靠近试样表面，从而无法准确地测量试样表面相对 湿度，因此采用自主开发的组合型传感器的来监测样 品表面的温湿度［35］． 在样品的六个表面中心均布置 了温湿度传感器，监测点 1、2、3、4、5 和 6 的分布如图 3 所示． 在实验仓的左侧装有原位摄像系统用来捕捉液 膜形态． 图 3 样品表面监测点分布示意图 Fig． 3 Distributional sketch of monitoring points on specimen sur￾faces 2. 1. 3 结露量测量 为原位测量样品表面结露量随实验时间的变化关 系，经反复测实验证，设计了如图 4 所示的露水收集测 量装置，包括漏斗式露水汇集器、收集容器、挡风罩和 电子天平． 其中电子天平用数据传输线与电脑连接后 能够实现数据同步显示与记录;挡风罩用来消除环境 仓内空气流动对天平测量的干扰，同时起到固定漏斗 汇集器的作用;漏斗汇集器与其下部的收集容器间不 发生物理接触;在挡风罩上加一层隔热罩，防止高温对 天平以及露水质量的影响． 实验时该装置放在试样下 方，自样品表面滑落的露水经漏斗汇集器落入收集容 器中，电子天平实时记录和显示收集到的露水质量． 在上述设定的实验条件下，经多次实验确认，在本实验 条件下，天平及露水收集装置自身不会产生结露现象， 实验中天平可正常工作，且每次测量结束后都会对天 ·724·