液冷服中的流動與傳熱及其系統(tǒng)研制.pdf

1、當(dāng)環(huán)境溫度高于37℃時，人體的自我調(diào)節(jié)散熱途徑不足以散發(fā)機(jī)體活動所產(chǎn)生的熱量，就會導(dǎo)致熱量在體內(nèi)蓄積，形成熱應(yīng)激，使注意力降低，并容易誘發(fā)事故。長時間處于熱應(yīng)激狀態(tài)會造成人體熱調(diào)節(jié)機(jī)能失調(diào)，引發(fā)高溫中暑或熱衰竭癥狀，甚至導(dǎo)致心血管疾病加重乃至死亡。為了有效降低高溫環(huán)境下的人體溫度，保障人的身體健康，提高工作效率，降低事故發(fā)生率，液體冷卻服的開發(fā)與研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴實現(xiàn)了一款符合其液冷服系統(tǒng)的特

2、殊應(yīng)用需求的微型泵的研制。分析了液冷服系統(tǒng)的流動阻力和管網(wǎng)特性曲線，以經(jīng)典離心泵速度系數(shù)法設(shè)計理論為基礎(chǔ)，結(jié)合加大流量設(shè)計法、部分流泵設(shè)計法和面積比原理等優(yōu)化理論與方法，設(shè)計了微型泵的主要參數(shù)，并通過三維數(shù)值模擬分析了微型泵內(nèi)部的非定常流動流場特點；開展了微型泵的性能測試，得到數(shù)值模擬與實驗值之間的誤差小于15％，驗證了數(shù)值模擬優(yōu)化的有效性。最終完成的微型泵揚程達(dá)，到58.58KPa，流量達(dá)到899.2ml/min,而其體積大小僅為22

3、×22×34mm3，重量僅21g。⑵建立了人體-液冷服-環(huán)境系統(tǒng)傳熱模型。從人體熱平衡方程出發(fā)，依據(jù)熱量在液冷服系統(tǒng)內(nèi)的傳遞路徑，分析了傳熱過程中的對流傳熱、導(dǎo)熱傳熱和輻射傳熱，給出了各個部分相應(yīng)熱阻的計算表達(dá)式。建立了人體-液冷服-環(huán)境系統(tǒng)的理論傳熱模型，并通過實驗證明理論模型的相對誤差值小于10%。針對換熱管路的微元段進(jìn)行傳熱研究，構(gòu)建了換熱管內(nèi)冷卻液的溫度與管路長度之間的關(guān)系式。通過進(jìn)一步的積分運算，推導(dǎo)得到了液冷服總體冷卻能力和

4、體積流量、環(huán)境溫度、管路入口溫度以及相關(guān)傳熱系數(shù)之間的理論方程。⑶完成了液冷服系統(tǒng)的整體設(shè)計與樣品研制。通過針對應(yīng)用特點的需求分析，明確液冷服的設(shè)計目標(biāo)指標(biāo)；闡述了液冷服系統(tǒng)的三個核心部件微型泵、換熱管網(wǎng)、冷源裝置的重要性。最終研制得到的液冷服樣品最大冷卻能力為243.2W，最長可持續(xù)工作時間為3.36小時，重量約2kg。⑷提出了簡易溫控假人測試法，搭建了液冷服的性能測試平臺。分析了暖體假人測試法和蒸發(fā)加熱板法應(yīng)用于液冷服系統(tǒng)性能測試的