某電子方艙的熱環(huán)境設(shè)計(jì)

摘要：本文以某電子方艙為例，對低溫環(huán)境所需的供熱設(shè)備的功率選擇進(jìn)行了理論計(jì)算，為方艙的熱環(huán)境設(shè)計(jì)提供了一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電子方艙;環(huán)境;制熱

Abstract：in this paper，the power selection of heating equipment required for low-temperature environment is theoretically calculated by taking an electronic square cabin as an example，which provides certain reference value for the design of the thermal environment of the square cabin.

Key words：electronic square cabin ??environment ??heating

1.概述

當(dāng)代信息化戰(zhàn)爭中，車載電子方艙是戰(zhàn)場控制中重要的信息承載體。方艙內(nèi)集成有大量任務(wù)系統(tǒng)需求的電子設(shè)備，同時也為任務(wù)期間人員工作提供適宜環(huán)境和安全防護(hù)的場所，方艙內(nèi)部環(huán)境的好壞對設(shè)備的正常工作和工作人員的心理、生理產(chǎn)生較大的影響，因此對方艙內(nèi)部有限的工作空間經(jīng)行熱環(huán)境設(shè)計(jì)是必要的。

野戰(zhàn)地理環(huán)境復(fù)雜，氣候條件變化差異大，電子的設(shè)備工作溫度有限制，為了保證電子設(shè)備在低溫環(huán)境中能夠正常工作，符合任務(wù)系統(tǒng)工作環(huán)境需求，滿足人機(jī)工作的需要，必須對方艙內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，供暖設(shè)備也成為電子方艙的必備系統(tǒng)之一。本文結(jié)合某工程項(xiàng)目，對電子方艙的供暖環(huán)境設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

2.建立方艙模型及參數(shù)

電子方艙為標(biāo)準(zhǔn)大板方艙結(jié)構(gòu)，外部尺寸為4400mm×2438mm×1700mm（長×寬×高），內(nèi)部尺寸為4280mm×2318mm×1580mm（L×B×H，長×寬×高），對方艙系統(tǒng)的模型化的過程中，經(jīng)行了如下的假設(shè)：

（1）方艙內(nèi)部機(jī)柜看做將艙內(nèi)機(jī)柜看做一個厚度為2.5㎜的鋼板焊接成型的空腔箱體。

（2）軸流風(fēng)機(jī)簡化為通風(fēng)口，實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)流體與艙外的有效交換，調(diào)節(jié)艙內(nèi)的環(huán)境溫度。

（3）模型熱源考慮電子設(shè)備的生熱、人體的發(fā)熱等，且模型化為具有恒定熱功率的熱載荷。

（4）方艙壁為熱平衡狀態(tài)，方艙通過通風(fēng)口與外界交換達(dá)到熱平衡。

2.1 艙內(nèi)取暖要求

大板方艙取暖方式采用燃油空氣加熱器供暖，取暖器應(yīng)滿足60min內(nèi)將車廂內(nèi)溫度從-30℃上升到0℃以上的要求，同時車廂內(nèi)不應(yīng)有異味和污染物排放。

2.2 方艙的有效表面積計(jì)算方法

2.2.1 方艙內(nèi)有效表面積

對方艙內(nèi)裝放的各種承載結(jié)構(gòu)體進(jìn)行模型表面計(jì)算，得到方艙的艙內(nèi)部有效面積：=++++。

方艙不裝放任何設(shè)備的面積=++=40.74

三聯(lián)機(jī)柜所占的面積=++=4.97，其中為機(jī)柜正面面積;為機(jī)柜兩側(cè)面積;為機(jī)柜頂部面積。

左側(cè)工作臺所占面積=++=1.7，其中為工作臺正面面積;為工作臺正面面積;為工作臺面面積。

右側(cè)工作臺所占的面積=++=3.83，其中為右側(cè)工作臺正面面積;右側(cè)工作臺面面積;右側(cè)工作臺側(cè)面積。

前工作臺所占的面積=++=4.47，其中為前工作臺正面面積;前工作臺臺面積;前工作臺側(cè)面積。

根據(jù)以上的計(jì)算得到艙內(nèi)有效表面積=++++=55.71。

2.2.2 方艙外表面積

電子方艙簡化為一個長方箱體，外部尺寸為4.4m×2.438m×1.7m（長×寬×高），計(jì)算得到==44.7。

2.2.3 導(dǎo)熱系數(shù)K計(jì)算

方艙是由聚氨酯泡沫、鐵骨架和鋁包板組成，組成結(jié)構(gòu)基本相似，這里認(rèn)為它們均由相同材料組成，其尺寸、導(dǎo)熱系數(shù)如表所示：

總面積（m2）

計(jì)算如下：

（1）

式中：——為方艙艙體外表面與室外空氣的對流換熱系數(shù)，W/m2·K，可通過式（2）得出：

W/m2·K ???????（2）

式中Vw為汽車行駛速度，單位為m/s，這里駐車狀態(tài)取Vw=0m/s

—為方艙艙體內(nèi)表面與室內(nèi)空氣的對流換熱系數(shù)，W/m2·K，可通過式（3）得出：

W/m2·K （3）

式中Vn為艙內(nèi)風(fēng)速，單位為m/s，這里取Vn=1.5m/s

——構(gòu)成汽車車身各層的導(dǎo)熱熱阻之和（為車身各層厚度，單位為m;為各層導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/m2·K）。

將式（2）、式（3）及表1數(shù)據(jù)代入式（1）得：

W/m2·K

3.方艙內(nèi)制熱量的計(jì)算

確定設(shè)計(jì)條件：車輛試驗(yàn)條件下停放，最低環(huán)境溫度為：TL=-30℃;艙體內(nèi)空氣溫度按TA=0℃，溫升△=30℃的工況計(jì)算。

a.方艙內(nèi)壁表面的導(dǎo)熱功率

=K··△=2490W=2.49Kw

b.方艙內(nèi)機(jī)柜的吸熱功率

= ··△/=0.708KW。

其中：工作臺板的質(zhì)量，=++=76.65㎏

= ··△/=1.1KW

計(jì)算得到機(jī)柜吸熱功率為=+=1.808 KW。

c.方艙內(nèi)的空氣吸熱功率

=··△=···△=0.123KW

d.空氣更新，新風(fēng)負(fù)荷：

=1.163×cp×ρ×V×△×10/36=0.622KW，其中cp：外部空氣比，ρ：外部空氣密度，V：換氣量，△：艙體內(nèi)外空氣溫差。

e.艙內(nèi)人員的放熱功率

=q·N·N`=0.516KW，其中q：人員發(fā)熱量116W，N：人員數(shù)量 ?5人，N`：集群系數(shù)，取為0.89。

f.放艙內(nèi)的發(fā)熱設(shè)備發(fā)熱功率

=η×N=781.2W=0.78KW

其中，η：電子設(shè)備熱效率;

N：各發(fā)熱設(shè)備最大輸入功率總和。

3.1 制熱的總功率

3.1.1 試驗(yàn)條件下：

總的需要的制熱功率為=+++=5.043KW，暖風(fēng)機(jī)實(shí)際選型時應(yīng)乘以一個修正系數(shù)，這里取為1.3。則實(shí)際需要暖風(fēng)機(jī)熱輸出量為：=1.3=6.56 KW。

3.1.2 實(shí)際工作條件下：

實(shí)際工作條件下所需的=+++--

=3.75 KW，暖風(fēng)機(jī)實(shí)際選型時應(yīng)乘以一個修正系數(shù)，這里取為1.3。則實(shí)際需要暖風(fēng)機(jī)熱輸出量為：=1.3=4.9KW。

綜上所述，為了保證艙內(nèi)電子設(shè)備和操作人員能夠在低溫環(huán)境下正常工作，選擇7KW的燃油加熱器作為方艙供熱設(shè)備。

4.結(jié)論

在電子方艙設(shè)計(jì)過程中，不僅是任務(wù)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，也要考慮到方艙內(nèi)的環(huán)境設(shè)計(jì)。本文通過方艙的供暖環(huán)境進(jìn)行了理論計(jì)算，為電子方艙供暖設(shè)備選型提供理論支撐，對電子方艙熱環(huán)境設(shè)計(jì)提供了一定實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[2]李雨，魏強(qiáng).方艙艙內(nèi)熱環(huán)境仿真分析[J].電子機(jī)械程，2010，26（4）：8-9，21.

作者簡介：王青鋒，大學(xué)本科，工程師，研究方向：通信結(jié)構(gòu)。

（作者單位：武漢濱湖電子有限責(zé)任公司）