摘要：本文以某電子方艙為例，對低溫環(huán)境所需的供熱設備的功率選擇進行了理論計算，為方艙的熱環(huán)境設計提供了一定參考價值。

關鍵詞：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。方艙內集成有大量任務系統(tǒng)需求的電子設備，同時也為任務期間人員工作提供適宜環(huán)境和安全防護的場所，方艙內部環(huán)境的好壞對設備的正常工作和工作人員的心理、生理產生較大的影響，因此對方艙內部有限的工作空間經行熱環(huán)境設計是必要的。

野戰(zhàn)地理環(huán)境復雜，氣候條件變化差異大，電子的設備工作溫度有限制，為了保證電子設備在低溫環(huán)境中能夠正常工作，符合任務系統(tǒng)工作環(huán)境需求，滿足人機工作的需要，必須對方艙內環(huán)境進行調節(jié)，供暖設備也成為電子方艙的必備系統(tǒng)之一。本文結合某工程項目，對電子方艙的供暖環(huán)境設計進行介紹。

2.建立方艙模型及參數(shù)

電子方艙為標準大板方艙結構，外部尺寸為4400mm×2438mm×1700mm（長×寬×高），內部尺寸為4280mm×2318mm×1580mm（L×B×H，長×寬×高），對方艙系統(tǒng)的模型化的過程中，經行了如下的假設：

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

（2）軸流風機簡化為通風口，實現(xiàn)艙內流體與艙外的有效交換，調節(jié)艙內的環(huán)境溫度。

（3）模型熱源考慮電子設備的生熱、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)，方艙通過通風口與外界交換達到熱平衡。

2.1 艙內取暖要求

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

2.2 方艙的有效表面積計算方法

2.2.1 方艙內有效表面積

對方艙內裝放的各種承載結構體進行模型表面計算，得到方艙的艙內部有效面積：=++++。

方艙不裝放任何設備的面積=++=40.74

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

左側工作臺所占面積=++=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。

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

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;前工作臺側面積。

根據(jù)以上的計算得到艙內有效表面積=++++=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），計算得到==44.7。

2.2.3 導熱系數(shù)K計算

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

總面積（m2）

計算如下：

（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

—為方艙艙體內表面與室內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為艙內風速，單位為m/s，這里取Vn=1.5m/s

——構成汽車車身各層的導熱熱阻之和（為車身各層厚度，單位為m;為各層導熱系數(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.方艙內制熱量的計算

確定設計條件：車輛試驗條件下停放，最低環(huán)境溫度為：TL=-30℃;艙體內空氣溫度按TA=0℃，溫升△=30℃的工況計算。

a.方艙內壁表面的導熱功率

=K··△=2490W=2.49Kw

b.方艙內機柜的吸熱功率

= ··△/=0.708KW。

其中：工作臺板的質量，=++=76.65㎏

= ··△/=1.1KW

計算得到機柜吸熱功率為=+=1.808 KW。

c.方艙內的空氣吸熱功率

=··△=···△=0.123KW

d.空氣更新，新風負荷：

=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，△：艙體內外空氣溫差。

e.艙內人員的放熱功率

=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.放艙內的發(fā)熱設備發(fā)熱功率

=η×N=781.2W=0.78KW

其中，η：電子設備熱效率;

N：各發(fā)熱設備最大輸入功率總和。

3.1 制熱的總功率

3.1.1 試驗條件下：

總的需要的制熱功率為=+++=5.043KW，暖風機實際選型時應乘以一個修正系數(shù)，這里取為1.3。則實際需要暖風機熱輸出量為：=1.3=6.56 KW。

3.1.2 實際工作條件下：

實際工作條件下所需的=+++--

=3.75 KW，暖風機實際選型時應乘以一個修正系數(shù)，這里取為1.3。則實際需要暖風機熱輸出量為：=1.3=4.9KW。

綜上所述，為了保證艙內電子設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備。

4.結論

在電子方艙設計過程中，不僅是任務功能進行設計，也要考慮到方艙內的環(huán)境設計。本文通過方艙的供暖環(huán)境進行了理論計算，為電子方艙供暖設備選型提供理論支撐，對電子方艙熱環(huán)境設計提供了一定實際工程應用價值。

參考文獻

[1]斯坦伯格 . 電子設備冷卻設計 [M]. 北京：航空工業(yè)出版社，2016.

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

作者簡介：王青鋒，大學本科，工程師，研究方向：通信結構。

（作者單位：武漢濱湖電子有限責任公司）