亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        搜排爆用水冷服性能研究

        2019-01-29 07:09:54公安部第一研究所唐劍蘭何湘尤曉東
        關(guān)鍵詞:水瓶水冷冰塊

        ■ 文/ 公安部第一研究所 唐劍蘭 何湘 尤曉東

        清華大學(xué) 潘秋燊

        關(guān)鍵字:水冷服 搜排爆 SDMS水冷服 Dittus-Boelter公式

        1 概述

        水冷服是高溫環(huán)境中,通過循環(huán)的冷水吸收人體熱量、降低人體熱應(yīng)激反應(yīng)、維持身體核心溫度相對平衡的人體防護裝備。水冷服一般由帶管道的服裝和微型制冷系統(tǒng)組成,主要冷卻原理為:以顯熱作為身體散熱方式,盡量減少汗液蒸發(fā)等潛熱散熱方式,水把皮膚散出的熱傳遞給熱沉,在管道內(nèi)循環(huán)流動,以達(dá)到冷卻目的。水冷服可以提高穿著者在高溫環(huán)境中的耐受性和工作效率,延長工作時間。

        第一套水冷服于1962年由英國Farnborough皇家空軍基地的研究人員發(fā)明用于為飛行員降溫,現(xiàn)在,美國和俄羅斯的航天服中都配備有水冷服。今天,除了航天領(lǐng)域?qū)λ浞男枨笸?,地面上的軍事及民用領(lǐng)域也已有了巨大的市場。

        圖1 SDMS公司水冷服

        美國Natick單兵中心、Aspen系統(tǒng)公司、Foster-Miller公司和PNNL國家實驗室等是專門研究單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)的機構(gòu),從20世紀(jì)90年代初期他們就開始從事水冷服的相關(guān)研究工作。Natick單兵中心研發(fā)的MCG空中勇士微氣候冷卻服,它的主要特征是:

        (1)基于美國陸軍Natick單兵中心層壓專利技術(shù)可以把冷水固定于兩層100%棉織物中間;

        (2)服裝分為三種尺寸,能夠滿足90%的陸軍人員使用;

        (3)MCG入口液體溫度為18.3℃,流量54.8L/h時,可以去除軀干產(chǎn)生的180W代謝熱;

        (4)含有冷卻液的MCG重量約0.9kg;

        (5)安裝有快速斷開接頭,在緊急情況時不妨礙空中戰(zhàn)士的逃生。MCG冷卻服曾在伊拉克和科威特戰(zhàn)爭中由美軍悍馬裝甲軍車乘員穿著進行了測試,獲得了良好的效果。

        英國SDMS公司的水冷服,它與MCG水冷服的最大不同之處在于冷卻范圍更廣,甚至穿著者頭部都戴有冷卻頭套,適用于排爆服、化學(xué)防護服和許多其它需要除熱的場合。目前,國內(nèi)大多數(shù)搜排爆服使用單位配備的水冷服均為這一款。其主要特征和參數(shù)如下:

        (1)服裝部分主要材料為Nomex防火材料;

        (2)冷卻工質(zhì)為冷水或冰水;

        (3)整件服裝可移除熱量270W(熱置換);

        (4)在35℃條件下工作45分鐘;

        (5)泵電壓12v;

        (6)包括制冷泵的總重量為4.5kg, 另外電池重量為2kg左右。根據(jù)一線客戶使用后的反饋來看,SDMS水冷服主要存在下列問題:第一,服裝連接頭對穿著者皮膚摩擦劇烈,即使在穿著時間很短的情況下,身體與管道連接處也會出現(xiàn)紅腫甚至破皮現(xiàn)象,感覺不舒適;第二,電池體積過大,重量也大,增加工作負(fù)荷;第三,產(chǎn)品價格較高。

        國內(nèi)一些航天相關(guān)的企業(yè)如慶安公司、航宇公司也已開發(fā)類似的水冷服作為飛行員駕駛飛機時的降溫設(shè)備?;陲w行員的工況,通常固定在座位上,因此,水冷服的微型制冷系統(tǒng)中的熱交換器、電源等可固定在駕駛艙里的駕駛員身邊,而不需要攜帶在身上。上述工況下,為維持較長的工作時間和較好的制冷效果,制冷模塊和電池會做得大而重。這種水冷服配置不適合搜排爆或消防等需要人體隨時移動的工種。

        總的說來,國內(nèi)外對水冷服的研究開發(fā)多集中在航天領(lǐng)域及軍隊系統(tǒng),根據(jù)用戶的不同需求有不同方案,但通常都要求水冷服制冷時間長,從而導(dǎo)致電池重量太大,便攜性較差。而對于搜排爆領(lǐng)域使用的水冷服,使用時間相對短一些,一般1h以內(nèi),因此,在設(shè)計時可以考慮通過對某些部件減重的方式來提高便攜性。本文的主要工作是,通過理論計算和實驗驗證的方式對水冷服樣品的相關(guān)性能參數(shù)進行分析研究,確定設(shè)計水冷服系統(tǒng)的部分關(guān)鍵參數(shù),用于指導(dǎo)今后相似產(chǎn)品在設(shè)計方面可能涉及的優(yōu)化工作。

        2 水冷服樣品的物理參數(shù)

        以英國SDMS公司的水冷服作為研究樣品,對其進行基本物理參數(shù)測試如下:

        (1)基本組成:連體服裝、制冷控制系統(tǒng)(含電機、冷卻介質(zhì)、水瓶等)和管道;

        (2)在電機充電電池狀態(tài)正常的情況下,接入水瓶,出口端可輸出流量大約范圍為0-13mL/s,電機處于最小檔位時無法泵出水流;

        (3)水瓶容量2L左右;

        (4)管道分為粗管和細(xì)管,與服裝外部與水瓶連接的管道均為粗管,服裝內(nèi)鋪設(shè)的是細(xì)管,細(xì)管為主要換熱管路。它們的參數(shù)分別如下:

        粗管:外直徑Φ粗外=7.92×10-3m;內(nèi)直徑Φ粗內(nèi)=5.12×10-3m;總體積V粗=0.15L。

        細(xì)管:外直徑Φ細(xì)外=4.42×10-3m;內(nèi)直徑Φ細(xì)內(nèi)=3.20×10-3m;總水容量 V細(xì)=0.25L;換熱長度L細(xì)=31m。

        將整套衣服接入時,末端斷開回路,最大的出口處流速v=1m/s。

        3 理論計算和實驗驗證

        3.1 理論計算

        計算之前的幾點假設(shè):

        (1)外部環(huán)境溫度設(shè)定為35℃(弱對流);

        (2)計算起始,水瓶中有1.25L水凍成的冰塊和0.75L常溫純凈水;

        (3)忽略接頭處的速度影響;

        (4)假設(shè)服裝上管道之間相互沒有影響;

        (6)忽略服裝的隔熱作用;

        (7)忽略水瓶及其它附件與外界的換熱;

        (8)忽略斷開回路對整體回路的速度影響。

        建模做簡化處理,將實際的服裝模型簡化為空間中的長直管,管內(nèi)有水流通過。在35℃條件下,從冰水混合物開始的升溫過程。采用Dittus-Boelter經(jīng)驗公式進行計算。水瓶的容量為升 ,細(xì)管的內(nèi)直徑 為,管壁的厚度為 ,全管路的長度為 ,水流的速度為在湍流條件下進行計算。

        通過Dittus-Boelter經(jīng)驗公式,得到努塞爾數(shù),

        空氣的自然對流換熱系數(shù)2取h0=10。

        根據(jù)上述假設(shè),推論有熱流為:

        其它參數(shù)分別為:

        帶入上式:

        計算獲得:

        作圖如下:

        從圖2中可以看出,隨著時間的增加,35℃條件下水瓶中冷卻介質(zhì)水的溫度呈指數(shù)增長,保持30℃及以下溫度的持續(xù)時間大約為1h。

        圖2 水瓶中冷卻介質(zhì)水溫與時間的關(guān)系曲線

        3.2 實驗驗證

        3.2.1 驗證水瓶內(nèi)溫度變化

        將水冷服置于35℃恒溫箱中,使整個系統(tǒng)運行,從0時刻開始每隔5min測定一次水瓶內(nèi)水的溫度,獲得水瓶中水的溫度與時間的關(guān)系曲線。

        從圖4中可以看出,該曲線與理論計算獲得的曲線形狀基本一致。特別是系統(tǒng)運行1h左右,水瓶里的溫度也為30℃左右,驗證了理論計算的正確性。

        3.2.2 測試服裝內(nèi)表面溫度變化

        同時,對服裝內(nèi)表面管道的平均溫度也進行了測量。具體做法是:在30℃的環(huán)境溫度下,連接好整個系統(tǒng),在2L容量的水瓶中加入由1.25L水凍成的冰塊和0.75L常溫純凈水組成的冷卻液體,打開控制系統(tǒng)電源開關(guān)和水泵調(diào)節(jié)鈕,使整個系統(tǒng)進入運轉(zhuǎn)狀態(tài),在服裝6個部位(服裝的前胸、后背、左右胳膊、左右腿部)的硅膠管道表面分別粘上熱電偶,并使熱電偶連接到溫度顯示設(shè)備上,進行溫度測量,每隔一定時間取6個部位測量值的平均值,繪出圖5的曲線。

        圖3 恒溫箱模擬實驗

        圖4 恒溫箱模擬實驗中,水瓶中水的溫度與時間的關(guān)系曲線

        圖5 服裝內(nèi)表面溫度與時間的關(guān)系曲線

        從圖中可以看出,服裝內(nèi)表面溫度變化與水瓶中溫度變化曲線,在第一個30min內(nèi)差別較大,服裝內(nèi)表面溫度隨時間的增加出現(xiàn)明顯的先降低再升高的現(xiàn)象。我們認(rèn)為,這與我們測量的對象——水瓶中的冰水混合物和服裝內(nèi)表面管道之間存在差別有關(guān)。由于水瓶中在第一個30min內(nèi)主要是冰水混合物,水瓶中溫度可以維持在10°C-15°C;而服裝內(nèi)表面管道,從計時開始時,處于的是35°C的環(huán)境溫度,因此它們的起始溫度接近于環(huán)境溫度,隨著冰水往服裝管道內(nèi)泵入,管道的溫度不斷向冰水的溫度靠近,此時的溫度曲線是下降的。在第二個30min內(nèi),水瓶中的冰基本融化,服裝管道內(nèi)的溫度與水瓶中溫度的均持續(xù)上升,變化趨勢一致。

        3.2.3 真人試穿

        由志愿者進行了真人試穿實驗。實驗條件為在35℃左右的室溫,水瓶中冰與水的起始體積比例為1:1,總體積2L。我們發(fā)現(xiàn),從開始實驗到冰塊全部融化,大約需要35-40min左右的時間。冰塊未大量融化前,水瓶內(nèi)水的溫度由測溫槍表明為15℃,如果插入溫度計并適當(dāng)攪拌后,測量值顯示大約為5℃-8℃左右,該狀態(tài)可恒定保持較長時間(超過30min),而僅有小范圍波動;與此同時,志愿者感覺身體舒適涼爽。當(dāng)冰塊全部融化后,水瓶內(nèi)水溫迅速上升,大約再過20min以后,舒適感的強烈程度明顯降低,此后再過10min,涼爽的舒適感基本消失。

        圖6 真人試穿實驗

        真人試穿的結(jié)果,與我們單獨測試服裝內(nèi)表面溫度變化曲線呈對應(yīng)關(guān)系。水瓶中的冰未大量融化前,瓶中溫度的變化是由冰塊面積與水接觸部分的大小來決定的。剛開始冰塊是一個面與水接觸,然后冰塊變化為球體或者其它不規(guī)則形狀,從而使得冰水接觸面更大,因此會檢測到服裝內(nèi)表面溫度降低的過程;最后大冰塊大量融化,變成小冰塊,表面積縮小,從而使得瓶中溫度開始上升;直至冰塊全部融化,瓶中溫度最終接近環(huán)境溫度。

        4 結(jié)論

        通過上面理論計算和實驗驗證的結(jié)果,我們可以確定設(shè)計水冷服系統(tǒng)的部分關(guān)鍵參數(shù):當(dāng)服裝管道的水容量為0.25L左右,若提供2L體積的水瓶,水瓶中起始冰塊的體積至少為1L及以上,水流速約為1m/s時,整套系統(tǒng)可使人體保持舒適涼爽的感覺約1h。增加冰塊的含量(不超過1.75L)或減小水流速度,均可延長系統(tǒng)的制冷時間。

        對于搜排爆領(lǐng)域使用的水冷服,如果是全身服裝(帶頭部冷卻),水瓶的體積應(yīng)設(shè)計為最小1.25L左右;但在某些不需要全身降溫的場合,可以不穿戴全身的水冷服而以局部水冷服替代,如去除帽子和四肢部分,只保留軀干部分,此時水瓶的體積還可適當(dāng)減小,減小的量可根據(jù)服裝中鋪設(shè)管道的總水容量的比例計算,從而減輕重量,提升便攜性和舒適性。

        最后,在進行相似產(chǎn)品設(shè)計時,可對服裝的形狀、尺寸、覆蓋面積、管道的鋪設(shè)方式、服裝材料的選擇等進行調(diào)整,甚至采用具有更高比熱的其它物質(zhì)進行儲熱或通過調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流速,控制制冷系統(tǒng)的制冷量、制冷時間等,適應(yīng)不同場合需求。

        注:本項工作由國家重點研發(fā)計劃項目(編號:2016YFC0802805)基金支持。

        猜你喜歡
        水瓶水冷冰塊
        小冰塊
        好孩子畫報(2023年8期)2023-09-25 19:51:22
        細(xì)繩“釣”冰塊
        哈哈畫報(2022年1期)2022-04-19 11:27:22
        空調(diào)冷凍水冷回收技術(shù)可行性研究
        瓶瓶要“喝”水
        增壓汽油機集成水冷進氣歧管三維流場分析
        計算機機箱智能水冷系統(tǒng)
        電子制作(2018年23期)2018-12-26 01:01:28
        迷宮彎彎繞
        秦淮河水冷,戰(zhàn)事幾回傷
        中國三峽(2016年11期)2017-01-15 14:00:08
        環(huán)保新姿勢—生生不息 的天然水瓶
        當(dāng)熱水遇到冰塊
        色哟哟精品视频在线观看| 久久亚洲中文字幕精品一区四| 国产精品一区二区久久精品蜜臀| 美女与黑人巨大进入免费观看| 亚洲成av人在线观看网址| 内射囯产旡码丰满少妇| 亚洲AV无码乱码1区久久| 亚洲大片一区二区三区四区| 亚洲高清三区二区一区| 久久久亚洲欧洲日产国码αv| 国产区精品| 网红极品女神精品视频在线| 一区二区二区三区亚洲| 丁香美女社区| 日韩亚洲中字无码一区二区三区| 亚洲啪啪AⅤ一区二区三区| 人妖一区二区三区视频| yw尤物av无码国产在线观看| 911精品国产91久久久久| 亚洲中文字幕黄色小视频| 国产一级二级三级在线观看av| 精品久久久久久无码人妻热| 好吊妞人成免费视频观看| 台湾自拍偷区亚洲综合| 日韩少妇人妻中文字幕| 久久久久久国产精品无码超碰动画| 在线观看亚洲AV日韩A∨| 蜜桃视频成年人在线观看| 国产精品午夜福利视频234区| 久久久久久久久久久国产| 国产精品亚洲综合色区韩国| av黄色大片久久免费| 日韩av无码中文无码电影 | 东京热久久综合久久88| 日韩有码中文字幕第一页| 少妇下面好爽好紧好湿一区二区| 国产性生大片免费观看性| 亚洲欧美日韩高清中文在线| 看一区二区日本视频免费| 一本一道人人妻人人妻αv| 亚洲欧美日韩激情在线观看|