某电子方舱的热环境设计

摘要：本文以某电子方舱为例，对低温环境所需的供热设备的功率选择进行了理论计算，为方舱的热环境设计提供了一定参考价值。

关键词：电子方舱;环境;制热

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

当代信息化战争中，车载电子方舱是战场控制中重要的信息承载体。方舱内集成有大量任务系统需求的电子设备，同时也为任务期间人员工作提供适宜环境和安全防护的场所，方舱内部环境的好坏对设备的正常工作和工作人员的心理、生理产生较大的影响，因此对方舱内部有限的工作空间经行热环境设计是必要的。

野战地理环境复杂，气候条件变化差异大，电子的设备工作温度有限制，为了保证电子设备在低温环境中能够正常工作，符合任务系统工作环境需求，满足人机工作的需要，必须对方舱内环境进行调节，供暖设备也成为电子方舱的必备系统之一。本文结合某工程项目，对电子方舱的供暖环境设计进行介绍。

2.建立方舱模型及参数

电子方舱为标准大板方舱结构，外部尺寸为4400mm×2438mm×1700mm（长×宽×高），内部尺寸为4280mm×2318mm×1580mm（L×B×H，长×宽×高），对方舱系统的模型化的过程中，经行了如下的假设：

（1）方舱内部机柜看做将舱内机柜看做一个厚度为2.5㎜的钢板焊接成型的空腔箱体。

（2）轴流风机简化为通风口，实现舱内流体与舱外的有效交换，调节舱内的环境温度。

（3）模型热源考虑电子设备的生热、人体的发热等，且模型化为具有恒定热功率的热载荷。

（4）方舱壁为热平衡状态，方舱通过通风口与外界交换达到热平衡。

2.1 舱内取暖要求

大板方舱取暖方式采用燃油空气加热器供暖，取暖器应满足60min内将车厢内温度从-30℃上升到0℃以上的要求，同时车厢内不应有异味和污染物排放。

2.2 方舱的有效表面积计算方法

2.2.1 方舱内有效表面积

对方舱内装放的各种承载结构体进行模型表面计算，得到方舱的舱内部有效面积：=++++。

方舱不装放任何设备的面积=++=40.74

三联机柜所占的面积=++=4.97，其中为机柜正面面积;为机柜两侧面积;为机柜顶部面积。

左侧工作台所占面积=++=1.7，其中为工作台正面面积;为工作台正面面积;为工作台面面积。

右侧工作台所占的面积=++=3.83，其中为右侧工作台正面面积;右侧工作台面面积;右侧工作台侧面积。

前工作台所占的面积=++=4.47，其中为前工作台正面面积;前工作台台面积;前工作台侧面积。

根据以上的计算得到舱内有效表面积=++++=55.71。

2.2.2 方舱外表面积

电子方舱简化为一个长方箱体，外部尺寸为4.4m×2.438m×1.7m（长×宽×高），计算得到==44.7。

2.2.3 导热系数K计算

方舱是由聚氨酯泡沫、铁骨架和铝包板组成，组成结构基本相似，这里认为它们均由相同材料组成，其尺寸、导热系数如表所示：

总面积（m2）

计算如下：

（1）

式中：——为方舱舱体外表面与室外空气的对流换热系数，W/m2·K，可通过式（2）得出：

W/m2·K        （2）

式中Vw為汽车行驶速度，单位为m/s，这里驻车状态取Vw=0m/s

—为方舱舱体内表面与室内空气的对流换热系数，W/m2·K，可通过式（3）得出：

W/m2·K （3）

式中Vn为舱内风速，单位为m/s，这里取Vn=1.5m/s

——构成汽车车身各层的导热热阻之和（为车身各层厚度，单位为m;为各层导热系数，单位为W/m2·K）。

将式（2）、式（3）及表1数据代入式（1）得：

W/m2·K

3.方舱内制热量的计算

确定设计条件：车辆试验条件下停放，最低环境温度为：TL=-30℃;舱体内空气温度按TA=0℃，温升△=30℃的工况计算。

a.方舱内壁表面的导热功率

=K··△=2490W=2.49Kw

b.方舱内机柜的吸热功率

= ··△/=0.708KW。

其中：工作台板的质量，=++=76.65㎏

= ··△/=1.1KW

计算得到机柜吸热功率为=+=1.808 KW。

c.方舱内的空气吸热功率

=··△=···△=0.123KW

d.空气更新，新风负荷：

=1.163×cp×ρ×V×△×10/36=0.622KW，其中cp：外部空气比，ρ：外部空气密度，V：换气量，△：舱体内外空气温差。

e.舱内人员的放热功率

=q·N·N`=0.516KW，其中q：人员发热量116W，N：人员数量  5人，N`：集群系数，取为0.89。

f.放舱内的发热设备发热功率

=η×N=781.2W=0.78KW

其中，η：电子设备热效率;

N：各发热设备最大输入功率总和。

3.1 制热的总功率

3.1.1 试验条件下：

总的需要的制热功率为=+++=5.043KW，暖风机实际选型时应乘以一个修正系数，这里取为1.3。则实际需要暖风机热输出量为：=1.3=6.56 KW。

3.1.2 实际工作条件下：

实际工作条件下所需的=+++--

=3.75 KW，暖风机实际选型时应乘以一个修正系数，这里取为1.3。则实际需要暖风机热输出量为：=1.3=4.9KW。

综上所述，为了保证舱内电子设备和操作人员能够在低温环境下正常工作，选择7KW的燃油加热器作为方舱供热设备。

4.结论

在电子方舱设计过程中，不仅是任务功能进行设计，也要考虑到方舱内的环境设计。本文通过方舱的供暖环境进行了理论计算，为电子方舱供暖设备选型提供理论支撑，对电子方舱热环境设计提供了一定实际工程应用价值。

参考文献

[1]斯坦伯格 . 电子设备冷却设计 [M]. 北京：航空工业出版社，2016.

[2]李雨，魏强.方舱舱内热环境仿真分析[J].电子机械程，2010，26（4）：8-9，21.

作者简介：王青锋，大学本科，工程师，研究方向：通信结构。

（作者单位：武汉滨湖电子有限责任公司）