方舱总传热系数的数值计算

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1、方舱总传热系数的数值计算方舱总传热系数的数值计算方舱总传热系数的数值计算方舱总传热系数的数值计算方舱总传热系数的数值计算方舱总传热系数的数值计算方舱总传热系数的数值计算方舱总传热系数的数值计算方一算姗………拥传…热1引言祷,军用电子设备方舱-在定型生产时,作为主要热控制手段之一.必须进行方舱总传热系数的测试.按GJB870{军用电子设备方舱通用规范’的规定条件,方法进行实测,将是非常困难的.因为军用方舱体积大(如6058X2438X2438mm).难于形成保持一32”C温度的巨形试验舱,故常将方舱置于

2、大房间内或室外进行总传热系数的测试.这种做法可比性差,方舱的总传热系数受内外环境条件的影响很大,同一方舱在不同的条件下测得的总传热系数是不同的,这样的测试已失去总传热系数测试的意义.另一方面,这种测试都是先凭经验进行结构设计,再进行舱体样品的热测试,最后按测试结果,对结构设计进行局部的修改,所以,必然增加设计周期,而且结构设计是被动的,盲目的.本文从数值传热学的角度t参照oJB测试标准,提出方舱总传热系数的理论计算方法,用以解决方舱总传热系数测试和控制中的的困难,通过计算机的数值计算完成方舱总传热系数

3、的定量分析.2数值计算方法2?l数学模型根据测试标准规定,测试中所有参数的取值均应在稳态下进行;又根据方舱舱壁结构用的材料其导热系数是各向同性的,但由于考虑到舱壁局部结构(如门框,小门榧,窗柜等)所用材料的多样性t结构复杂,又因为舱壁传热主要是滑壁面法向的导热,故从导热系数各向异性的等效热阻来代替.所以,本文选取的数学模型是三维稳态各向异性的导热模型,这种数学模型可用下式表示:(象+”擎+鍪+(¨籍+)+,+=0式中Ik]l,k=i,ksstkl2’k

4、1’kmkk∞,k”为对应的导热系数分量,s(x

5、.Y,z)为内热源.由于方舱涉及的等效结构都是正交各向导性的.即一方向的导热系数对另两个方向的导热流密度不产生影响,导热微分方程中有关空间变量的交叉导数可忽略不计,因此,将数学模型简化成:‘2I器+孥+磐+)=0式中…kK,,k,分别是x.y,z方向的导热系数.对此方程用控制容积法将所研究的三维导热徽分方程离教t并采用交替方向亚松驰线选代法求解..2.2数值计算区通常方舱舱体由六块舱壁联接而成,为了简化计算.将六块舱壁分开,各自独立地进行三维导热分析,考虑到壁与壁问联接部位对舱壁导热的影响很小,而且它

6、在壁面法向方向的导热量也极小故计算时略去.而用一定的边界条件来替代.所以,本文涉及的三维导热计算区域是每块舱壁除去四周的相应壁厚部分后的区域,如图l所示t双点划线框内的部分.2.3边界条件的处理罾1具有等效寻热暴散的等效结构边界条件的处理是采用附加源项法.计算中涉及到的边界条件有t(1)由于总传热系数的测试标准规定是在强迫对流下进行的.故内,外壁与舱体内,外气流的强迫对瘴是主要的热边界条件(舱面处气流速度≯2m/s)I(2)外壁与低温(一32℃)试验舱壁的辐射换热}(3)舱内电热器等热源与内壁的辐射换

7、热,(4)舱壁四周的壁与壁联接部位的导热与对流边界条件,(5)忽略内壁之问的辐射换热,(6)方般底壁的外都边界条件,应用强迫对漉及辐射换热处理巳偏于安全,所以t忽略底壁与地扳间支撑件的导热作用.2.4舱壁传热量的计算如图2所示.x方向是该壁的主要导热热流方向,经该壁由里向外传递的热量等于沿壁面法向进入所有与舱壁边界相郐的第一个内控制容积的热量之和,图中控制容积P,措壁面法向进入的热量t28田2Q一_k-A罢=k_AT㈤.--T.e’式中,k,为控制容积P在x方向的导热系数?A为热流穿越的面积.3导热系

8、数的等效舱壁上各种结拇因素很多,如门框,窗框,加强筋等,这些部件是由复杂的结构和材料组成的,在实际计算中,将每个部件用相应的等效结构来替代,这种等效结构是指等效结构与对应的部件具有等效的导热系数.传统的工程计算中,为获得等效导热系数需对部件单独进行传热分析,这种方法将占用相当的计算时问.而且又无通用性.为此,对等效导热系数作如下处理t(1)对未知结构.巳开发的软件提供一种可直接输入等效导热系数的数据文件格式.(2)对巳知结构,按照热阻相等的原则,软件中提供了计算等效导热系数的模块,即按另一种数据文件格

9、式输入相应的结构尺寸.若巳知下列四种结构形式(1)中间位置加强筋I(2)端侧,底侧位置加强筋f(3)小门I(4)门(包括门框,门板,表面覆有金属丝阿的屏蔽压条)I经过一定的简化,均按热阻等效的原则等效成圆3所示的等效结构.这种等效结构在X方向(与舱壁面法向一致的主要热流方向),y向(结构件在壁面上的走向),z向(按右手定则确!f1妓i糸救效{勾图3定的直角坐标系中的第三轴)的等效导热系数分别为,t.蜘4程序流程框图r‘如图4所示.禁止5计算实例针对如图5