摘要

高低温试验依靠风道循环，在腔体内部形成稳定强制对流，保证试样区域温度均匀，实现预设的升温、保温、降温载荷。很多实验室仅查看箱体主控温度，容易忽视气流短路这个隐蔽风险：箱内风道、样品、工装布局不合理，部分气流不经过样品试验区，直接形成旁路短路回流。即便温度传感器读数符合设定，样品区域风量不足、换热效率下降，试样表面温度偏离腔体标称温度，同箱样品之间温差拉大，热冲击、温度循环试验数据离散，产品温度可靠性评价失真。本文解析气流短路形成机理，分析温场缺失带来的质控风险，建立风道与样品装载管控方案，保障样品区域温场稳定可控。

一、工程痛点：主控温度达标，样品实际温度和箱温偏差大

高低温试验经常遇到难以溯源的异常现象：

1.箱体温度曲线符合程序设定，但贴在样品表面的热电偶显示与主控温度存在明显偏差；调整样品排布、移除阻挡风道的工装后，样品温度偏差明显缩小。

2.样品堆堵塞主风道，冷风 / 热风从腔体缝隙快速绕回风机，样品摆放区域变成气流死角；同箱平行试样，中心位置换热不足，边缘样品换热充分，样品间温差超标。

3.设备验收仅做空载温场校准；满载装样状态不做温度分布验证，气流短路带来的局部温场缺失长期无法识别。

4.温度循环、快速温变试验中问题尤为突出：升降温速率达不到样品端的目标速率，样品内部热应力不足，无法复现设计考核的温度载荷。

5.内审、CNAS 评审存在体系漏洞：SOP 缺少装载限制、风道保护要求，缺少满载温场确认，构成不符合项。

核心根源：空载主控温度合格 ≠ 样品区域温场合格。气流短路让大量气流绕开试验区直接回流，样品区域风量不足，造成温场缺失。

二、气流短路与样品区域温场缺失的作用机理

1.风道被样品 / 工装阻挡，迫使气流寻找旁路高低温箱依靠风道导流，热风或冷风从出风口送出，穿过样品区后从回风口回流。若样品、工装、样品架遮挡出风口或回风口，气流会优先从阻力更小的腔体侧壁、样品与箱壁间隙直接流回风机，形成旁路短路。

2.样品区域流量不足，对流换热弱化短路旁路分流了大部分循环风量，穿过试样之间的有效气流大幅减少。对流换热系数下降，样品和环境之间热量交换变慢；升降温阶段样品跟不上腔体温度变化，保温阶段样品表面与空气存在持续温差。

3.装载率过高加剧气流短路效应样品装填过满，腔体流通截面积被压缩，风道阻力分布失衡。短路通道的气流占比随装载量升高持续增大，样品区的有效风量进一步衰减。

4.短路带来腔体内温度梯度分化短路旁路气流温度接近出风口温度，但样品试验区气流停滞，形成局部温区。靠近短路缝隙区域温度变化快，样品堆积区域换热差，同腔体内形成明显冷热分区。快速温变工况下，该效应被进一步放大。

5.工装结构缺陷诱发固定短路通道工装挡板、样品托架尺寸不合理，直接在腔体内部制造固定的旁路通道，每次装样都会重复出现相同的气流短路，带来稳定的系统偏差。

关键结论：高低温试验的温度载荷作用在试样表面。箱体传感器一般布置在回风口风道内，监测的是回流空气温度，无法反映样品区域因气流短路造成的换热缺失。

三、气流短路带来的质控风险

1. 平行样数据离散，试验重复性变差

同批次样品，部分处于有效气流区，部分位于气流短路形成的死角，升降温速率、平衡温度不一致，热应力存在差异，试验结果分化，无法区分差异来源于产品本身还是气流缺陷。

2. 临界样品判定反转，产生假性失效

边界样品放置在气流死角，温度载荷达不到试验要求，热应力不足，出现假合格；而气流通畅区域样品经受完整温度载荷，更容易暴露缺陷，评价结论出现反转。

3. 不同批次试验数据无法横向对比

不同批次装样数量、工装摆放方式不同，短路程度不一样，样品端实际温度载荷不一致，长期温度循环数据库基线漂移，批次间数据不可比对。

4. 失效分析误判，误导产品结构优化

样品因为换热不足，没有接收到标准的热胀冷缩应力，失效模式与真实服役温度应力不匹配。研发依据该试验结果做产品改进，无法复现现场温度相关故障。

5. 体系审核不符合项风险

SOP 未规定最大装载率、风道保护要求，未开展满载工况温场确认，缺少布样规范，属于试验载荷确认不充分，CNAS 评审高频不符合项。

四、标准化管控方案（可直接纳入 SOP）

1. 严格控制装载率，严禁遮挡进出风口

样品、工装不得堵塞出风口、回风口；控制样品总体积，预留风道流通空间，不能紧贴箱壁摆放；大批量样品拆分多批次测试，避免超载。

2. 合理排布样品，预留气流通道

样品之间、样品与箱壁之间预留足够间隙，保证气流可以贯穿样品堆；样品架镂空设计，减少对气流的阻挡，避免大面积实心挡板制造旁路。

3. 满载工况下开展多点温场验证

设备确认、方法确认阶段，除空载校准外，使用常规满载工装，在样品放置区域布多点热电偶，验证升降温速率与温度均匀性，划定有效布样区域。

4. 每次装样前目视检查风道

试验前检查出风口、回风口有无样品、工装遮挡；发现风道被堵，调整样品布局，消除旁路通道，再启动试验程序。

5. 快速温变 / 温度循环试验增加样品表面测温

对于高风险可靠性试验，在代表性样品表面贴附热电偶，直接监控样品实际温度，确认样品端升降温速率满足大纲要求。

6. 完整记录装载与温场验证情况

试验记录写明样品数量、工装排布；存在高装载率工况时，在报告备注气流短路引入的不确定度分量。

五、行业高频误区总结

误区 1：箱体主控温度达标，样品温度就满足要求。纠正：主控传感器测的是风道回流空气，气流短路会造成样品区域风量不足，样品实际温度滞后、温差偏大。

误区 2：样品不接触箱壁，就不会发生气流短路。纠正：样品堆压缩气流通道，气流会从样品和箱体之间的缝隙绕流，即便不接触箱壁，依然会形成旁路短路。

误区 3：空载温场合格，满载自然没问题。纠正：空载无样品阻挡，气流流场干净；装入样品工装后，流场重构，极易出现空载不存在的气流短路。

误区 4：只要风机在转，腔体气流就是均匀的。纠正：风机运转仅代表有风循环，不代表气流能够穿过样品试验区，大量气流可从旁路直接回流。

六、总结

高低温箱进出风口被样品、工装遮挡，或装载率过高时，气流会绕开试样区域形成旁路短路，造成样品放置区域风量不足、对流换热弱化，出现温场缺失。即便箱体主控温度符合程序设定，试样表面实际温度、升降温速率偏离试验要求，平行样温差变大，产生假性失效，干扰失效分析。

实验室需要控制样品装载率，保护风道不被遮挡，合理预留样品间气流通道；在方法确认阶段完成满载温场验证，高风险试验增加样品表面测温，消除气流短路带来的隐性温场偏差，保证试样承受的温度载荷可控，试验结果真实可复现。