發(fā)布時間：2020-08-13 05:39

【摘要】：圓筒倉在國防領域有重要應用,如車載圓筒倉和地下圓筒倉。圓筒倉內(nèi)有精密設備,需高效熱控系統(tǒng)將其內(nèi)部溫度維持在20 ℃附近。同時,圓筒倉的紅外隱身是保證相關裝備安全的重要前提。為此,我們進行了如下工作。提出了將液體盤管熱控系統(tǒng)應用于車載圓筒倉的設想,設計、構建并實驗驗證了車載圓筒倉液體熱控系統(tǒng)模型,通過仿真和工程計算比較了該系統(tǒng)和傳統(tǒng)的氣體熱控系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn),在穩(wěn)定運行狀態(tài)下,氣體熱控系統(tǒng)中的壓降主要來自換熱器,而液體熱控系統(tǒng)中的壓降則主要來自主體部分,氣體熱控系統(tǒng)的流動能耗為液體熱控系統(tǒng)的21.8倍。液體和氣體熱控系統(tǒng)的熱耗均主要來自主體部分,且總熱耗相差較小。由于流動能耗的差別,液體熱控系統(tǒng)的能效在春、夏和冬季分別為氣體熱控系統(tǒng)的11.6、10.3和3.8倍。液體熱控系統(tǒng)的應用可在春、夏和冬季分別節(jié)能93.2%、88.7%和71.3%,平均一年可節(jié)能85%以上。另外,液體熱控系統(tǒng)全面壓縮了目標表面的溫度波動范圍。在目標表面溫度場的空間均勻性和時間穩(wěn)定性方面,液體熱控系統(tǒng)在所有三個季節(jié)中均優(yōu)于氣體熱控系統(tǒng)。在空載啟動狀態(tài)下,液體熱控系統(tǒng)可更好地控制車載倉的內(nèi)表面溫度,而氣體熱控系統(tǒng)則可更好地控制倉內(nèi)的空氣溫度。但是,兩種系統(tǒng)均無法在5小時內(nèi)達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。在液體熱控系統(tǒng)中加裝混合風扇可使其在2小時內(nèi)達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。車載圓筒倉經(jīng)常在移動之中,其周圍環(huán)境也隨之變化。因此,傳統(tǒng)的被動紅外隱身技術難以實現(xiàn)持續(xù)的紅外隱身效果。我們提出并設計了將倉體與外界環(huán)境隔離的車載圓筒倉紅外隱身冷屏系統(tǒng)。該系統(tǒng)向環(huán)境空氣散熱,可以使其溫度跟隨環(huán)境空氣溫度,從而降低車載倉表面與地表之間的溫差,實現(xiàn)動態(tài)紅外隱身。我們計算分析了不同體積流率下的紅外隱身效果,發(fā)現(xiàn),在夏季,使用冷屏前一天中車載倉外表面和地表間的最大溫差為28.1 ℃;而使用冷屏后,體積流率為1.694 m3/h時,最大溫差降低為9.3 ℃。在冬季,使用冷屏前一天中車載倉外表面和地表間的最大溫差為6.2 ℃;使用冷屏后,最大溫差無明顯變化,但是體積流率為0.906 m3/h時即可消除無冷屏時側面和端面連接處的熱斑。提出了將液體盤管熱控系統(tǒng)應用于地下圓筒倉的設想,設計并構建了地下圓筒倉液體熱控系統(tǒng)模型,驗證了模型中土壤周側面設置為絕熱邊界條件的合理性。通過仿真計算發(fā)現(xiàn),在使用熱控系統(tǒng)前,在夏季,目標表面的最大溫差可達11.9 ℃,與20 ℃的最大偏差有9.3 ℃;在冬季,目標表面的最大溫差高達16.9℃,與20 ℃的最大偏差更是高達26.5 ℃。使用液體熱控系統(tǒng)后,在夏季,目標表面的溫度范圍被壓縮到了19.3～20.0 ℃,在冬季則被壓縮到了19.1～19.7 ℃,均達到了溫控目標。能耗分析發(fā)現(xiàn)熱耗為總能耗的主要部分,流動功耗僅為0.64 kW·h,總能耗在夏季和冬季分別為70.96 kW·h和101.54 kW·h。設計了由60.55 m2太陽能集熱器和1.87 m3儲熱水箱組成的節(jié)能方案,在理想狀態(tài)下,能耗僅為水泵功耗。地下圓筒倉上表面(倉頂)與周圍地表基本齊平,只需在其上覆蓋薄層土壤即可得到與地表相同的紅外發(fā)射率。但倉頂與地表溫度則難以保持一致,原因主要有兩個:一是倉蓋材料與土壤熱物性不同,倉頂與地表對相同的環(huán)境條件呈現(xiàn)不同的熱響應特征;二是地下倉內(nèi)溫度需維持在20℃附近以保證倉內(nèi)設備正常工作,而周圍土壤溫度卻呈周期性變化。據(jù)此,我們設計了從上至下依次為模擬層和隔熱層的紅外偽裝斗篷。其中,模擬層用于模擬土壤地表對周圍環(huán)境的熱響應特性,隔熱層則用于減弱地下圓筒倉內(nèi)部對模擬層下邊界的影響。計算發(fā)現(xiàn)當氧化鋁粉和硅橡膠的復合材料中氧化鋁粉體積分數(shù)為3.18%時,其熱慣量與土壤一致。通過仿真計算發(fā)現(xiàn),模擬層厚度無需大于其熱穿透深度即可實現(xiàn)較好的紅外偽裝效果;而無隔熱層會導致冬季倉頂溫度不均勻,出現(xiàn)熱斑,影響紅外偽裝效果。分兩步優(yōu)化了斗篷中各層的厚度,并最終確定了模擬層和隔熱層的最優(yōu)厚度分別為22 cm和4 cm。使用最優(yōu)斗篷前,倉頂與地表最大溫差均出現(xiàn)在17時,在夏季為1.59 ℃,在冬季為1.92 ℃;使用最優(yōu)斗篷后,倉頂與地表的最大溫差均出現(xiàn)在14時,在夏季為0.31 ℃,在冬季為0.21 ℃。設計的紅外偽裝斗篷可實現(xiàn)地下圓筒倉全天候、全時段的被動紅外偽裝。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN219;TJ5
【圖文】：

１．２．２福射板逡逑輻射板在暖通空調(diào)中又稱輻射冷卻系統(tǒng)，通常有輻射天花板和輻射地板，如逡逑圖１．２所示。Ｈｕａｎｇ等人［１４］對１９８７年至２０１４年期間發(fā)表的暖通空調(diào)（Ｈｅａｔｉｎｇ，逡逑ＶｅｎｔｉｌａｔｉｎｇａｎｄＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ，邋ＨＶＡＣ）方面的文章進行了回顧。他們將這些文逡逑章分成了五大類：溫濕度獨立控制、分層通風、儲熱、熱回收和間接蒸發(fā)冷卻。逡逑其中，溫濕度獨立控制最為熱門，是超過一半的文章的主題。溫濕度獨立控制中逡逑控制溫度采用的便是輻射冷卻。他們分析了溫濕度獨立控制的三個優(yōu)點：一，傳逡逑統(tǒng)空調(diào)為了除濕需要非常低的冷凍水溫度，因此經(jīng)常出現(xiàn)“過度冷卻”的問題；逡逑而溫濕度獨立控制則沒有這個問題，可以降低能耗，提高舒適度；二，溫濕度獨逡逑立控制系統(tǒng)沒有利用冷凝來除濕，系統(tǒng)內(nèi)沒有潮濕區(qū)域，防止了霉菌滋生，而新逡逑風僅用于去除水分、二氧化碳和異味，因此與變風量系統(tǒng)相比，空氣流速較小，逡逑３逡逑

｜作逡逑Ｗ邋Ｗ邋％逡逑（ａ）空氣冷卻邐（ｂ）翅片冷卻邋（ｃ）間接液體冷卻邐（ｄ）直接液體冷卻逡逑圖１．１相同電池間隔下的不同冷卻方案Ｍ逡逑綜上所述，液體熱控系統(tǒng)是比氣體熱控系統(tǒng)更氋效的熱控系統(tǒng)。在圓筒倉中逡逑使用液體熱控系統(tǒng)有望解決現(xiàn)有系統(tǒng)能耗高和控溫效果差的問題。對于圓筒倉這逡逑種大型目標，無法采用直接液體冷卻技術。因此，下文將重點介紹間接液體熱控逡逑技術。間接液體熱控系統(tǒng)主要有兩種形式：第一種為輻射板，常見于建筑等大型逡逑空間中，溫控液體流經(jīng)輻射板上的盤管，通過盤管與輻射板的導熱控制輻射板溫逡逑度，進而通過對流和輻射對空間內(nèi)部進行熱控；第二種為冷板，常見于芯片或電逡逑池等小型物體，溫控液體依然在冷板的管道中流動，但是冷板則直接通過與目標逡逑間的導熱對其進行熱控。逡逑１．２．２福射板逡逑輻射板在暖通空調(diào)中又稱輻射冷卻系統(tǒng)，通常有輻射天花板和輻射地板，如逡逑圖１．２所示。Ｈｕａｎｇ等人［１４］對１９８７年至２０１４年期間發(fā)表的暖通空調(diào)（Ｈｅａｔｉｎｇ

ｉ３和丨８）通常都使用液體熱控系統(tǒng)［５５】。逡逑冷板在ＢＴＭ中的應用形式有三種：嵌入電池單體［５６］、夾在相鄰電池之間［５７＿逡逑６Ｇ］和安裝在電池模塊的側面［６１，６２１，如圖１．３所示。對于嵌入電池單體內(nèi)的冷板，逡逑通道尺寸需足夠小以嵌入電池組件，并且由于復雜的化學反應，通道壁必須是化逡逑學惰性的。當冷板夾在相鄰的電池之間時，厚度需足夠薄以更好地整合進車輛。逡逑電池模塊的頂部需為電池之間的電連接提供位置，冷板通常與模塊的側面或底部逡逑進行熱接觸。在這種情況下，電池可以夾在兩個散熱器之間，從而加強模塊與冷逡逑板間的熱傳遞。冷板為平板，可很容易地應用于方形電池，但對于圓柱形電池則逡逑適用性較差。通常，冷板系統(tǒng)還需要為電池提供結構支撐并集成到電池箱中，以逡逑便在電動汽車中同時保證安全性和節(jié)省空間［６３）。逡逑▲逡逑Ｉ邋牛邐電池逡逑（ａ）嵌入電池單體邐（ｂ）夾在相鄰電池之間邐（ｃ）安裝在電池模塊側面逡逑圖１．３冷板在電池熱管理中的不同配置方式網(wǎng)逡逑通道的結構是影響冷板的熱性能和泵功耗的關鍵因素。冷板的通道結構通常逡逑可分為并行和蛇形。Ｒａｏ和他的合作者們［６４］設計了一種基于冷板的ＢＴＭ系統(tǒng)，逡逑其中的微通道平行且等距分布。他們數(shù)值研究了通道數(shù)、質(zhì)量流率和流動方向對逡逑溫升和溫度分布的影響（圖１．４（ａ））。此外

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 商振震;;電廠熱控系統(tǒng)調(diào)試過程中存在的問題與解決對策研究[J];山東工業(yè)技術;2019年04期

2 呂茁;;試析提高電廠熱控系統(tǒng)可靠性的技術要點[J];城市建設理論研究(電子版);2017年36期

3 張厚軍;;熱控系統(tǒng)的抗干擾技術優(yōu)化研究[J];中國金屬通報;2018年05期

4 李武朋;;電廠熱控系統(tǒng)調(diào)試過程中存在的問題及解決措施[J];城市建設理論研究(電子版);2017年23期

5 馮建偉;;電廠熱控系統(tǒng)可靠性的提高與技術要點研究[J];中國高新區(qū);2017年19期

6 韓河濱;;分散控制系統(tǒng)在電廠熱控系統(tǒng)改造中的應用[J];黑龍江科技信息;2015年31期

7 徐伯梁;;火電廠熱控系統(tǒng)的可靠性研究[J];科學家;2017年11期

8 陳自發(fā);徐云東;郭濤;劉穎;;國際空間站內(nèi)部主動熱控系統(tǒng)[J];上海航天;2013年03期

9 丁卉;秦林;;淺談電廠熱控系統(tǒng)運行可靠性的研究[J];科技風;2011年10期

10 袁德鵬;;引進300MW機組熱控系統(tǒng)保護功能的設計與配置[J];電站輔機;1992年02期

相關會議論文 前10條

1 裴玉良;;7號機組熱控系統(tǒng)暨分散控制系統(tǒng)改造[A];全國發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)與廠級監(jiān)控系統(tǒng)技術研討會論文集[C];2004年

2 李陽春;鄭衛(wèi)東;李曉燕;;熱控系統(tǒng)容錯技術在大型火電機組中的運用[A];2014年中國發(fā)電廠熱工自動化技術論壇論文集（下冊）[C];2014年

3 吳連軍;;華能淮陰電廠330MW機組C給泵電動改汽動熱控系統(tǒng)的配置和控制方案[A];2010年全國發(fā)電廠熱工自動化專業(yè)會議論文集[C];2010年

4 朱毅麟;;面向21世紀的微型航天器的關鍵技術[A];中國空間科學學會空間探測專業(yè)委員會第九次學術會議論文集[C];1996年

5 常天海;邢正;;帶靜電月塵對登月探測器熱控系統(tǒng)用OSR性能退化研究[A];中國真空學會2014學術年會論文摘要集[C];2014年

6 王景軍;;DCS控制技術在電氣監(jiān)控中的應用[A];全國火電200MW級機組協(xié)作會第22屆年會論文集[C];2004年

7 丁俊宏;孫長生;龐軍;曹陽;潘勇進;;浙江省聯(lián)合循環(huán)機組熱控系統(tǒng)故障分析及措施[A];2014年中國發(fā)電廠熱工自動化技術論壇論文集（下冊）[C];2014年

8 張文彬;王勁東;周敬萱;;空間物理主動實驗裝置電控箱結構設計與熱控分析[A];中國空間科學學會第七次學術年會會議手冊及文集[C];2009年

9 張翼飛;李延國;吳伯冰;董永偉;孫建超;趙冬華;邢聞;柴軍營;康士秀;宋黎明;;HXMT高能主探測器的主動熱控實驗研究[A];第二十三屆全國空間探測學術交流會論文摘要集[C];2010年

10 李聰航;江世臣;姚正平;王海濤;盛松;;火星探測器熱控技術研究綜述[A];中國宇航學會深空探測技術專業(yè)委員會第九屆學術年會論文集（下冊）[C];2012年

相關重要報紙文章 前10條

1 浙江浙能溫州發(fā)電有限公司 楊明花　浙江省電公司電力科學研究所 孫長生;新標準為熱控系統(tǒng)與設備運行提供依據(jù)[N];中國電力報;2013年

2 本報記者 楊娜;熱控系統(tǒng)在節(jié)能降耗上大有空間[N];中國電力報;2012年

3 任志文 王靖程 周昭亮;運用故障診斷技術提高熱控系統(tǒng)可靠性[N];中國電力報;2013年

4 記者 陳玉明　何宗渝;嫦娥二號衛(wèi)星披“金銀外衣”,防陽光“燒烤”[N];新華每日電訊;2010年

5 本報記者 楊蘊慧;吉林省公司確立信息化建設目標[N];東北電力報;2002年

6 記者 雷雨　通訊員 王麗霞;粵科學家為尋找“暗物質(zhì)”作重要貢獻[N];南方日報;2015年

7 孫長生　丁俊宏 王蕙;質(zhì)量監(jiān)督縱向延伸[N];中國電力報;2014年

8 龐丹;“別人不敢接，我們來!”[N];中國航天報;2015年

9 本報記者 崔恩慧 通訊員 潘辰 龐丹;冷暖有度 求索無垠[N];中國航天報;2016年

10 中國航天科工二院3D打印技術研究與應用工藝分中心專家組組長 唐曄;4D打印的技術奧秘[N];中國航天報;2016年

相關博士學位論文 前1條

1 張強;圓筒倉的高效熱控與紅外隱身研究[D];中國科學技術大學;2019年

相關碩士學位論文 前8條

1 鄧麗君;一種臨近空間浮空器熱控系統(tǒng)的研究[D];南京理工大學;2009年

2 胡超斌;神舟飛船熱控系統(tǒng)循環(huán)泵可靠性評估技術研究[D];國防科學技術大學;2004年

3 曹喜川;蜂窩結構等效分析及空間結構熱控制研究[D];西安電子科技大學;2013年

4 王聰;基于定性模型的衛(wèi)星熱控系統(tǒng)故障診斷方法的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

5 陳國平;某遠程三坐標雷達熱控系統(tǒng)設計[D];南京理工大學;2013年

6 黃云浩;電子元器件相變熱控的數(shù)值傳熱研究[D];鄭州大學;2008年

7 朱嫣;機械泵驅動兩相熱控系統(tǒng)動態(tài)仿真[D];南京航空航天大學;2009年

8 郜雨琛;深空探測器熱控系統(tǒng)方案設計與仿真研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

本文編號：2791604