您當前所在位置:主頁 > 工業制造 > 食品工業 >

低溫暖體實驗設計

來源:網絡|發布時間:2021-02-23|瀏覽次數:
低溫暖體實驗設計本文作者:韓雪峰 翁文國 付 明 單位:清華大學工程物理系

引言

近年來,低溫、雨雪、冰凍災害頻發[1],嚴重的低溫氣象災害對電力、通信等基礎設施造成損害,對工農業生產和人民生活產生了巨大影響[2-3]。在低溫環境中,受低溫的影響,人體的生理反應與正常狀態下有著巨大的差異[4-7],重大的低溫災害還會威脅人員的生命安全[8-9];同時,在近幾年的災害救援活動中也常暴露出諸如許多常規的應急裝備、保障設施在低溫環境難以發揮效用甚至無法使用,影響救援工作效率的問題,防寒服裝與設備的生產與設計需要更強的技術支撐,相關生產標準也有待統一[10]。通過大量的研究與實驗表明,面對低溫災害開展應急響應活動時應針對低溫災害中人體生理特點制訂特殊策略,凈化工程www.schrjh.com,并使用專項的應急裝備與物資。但目前我國針對低溫災害的專項研究還處于起步階段,低溫環境中人體生理特點、低溫災害中人員的安全性評估、低溫災害使用的應急裝備性能的測試等一系列問題,仍需要開展大量的工作方能得以解決。因此,建立針對低溫災害中人員生理以及裝備有效性進行研究與測試的實驗室勢在必行。本模擬系統在室內創造一個低溫災害的模擬環境,為更好地模擬人體的生理反應,使用目前處于國際先進水平的可以模擬人體與環境熱濕交換的暖體假人(ThermalManikin)設備對模擬人體在實驗環境中開展科學實驗[11]。同時,配備必要的控制系統、探測器以及供測試的應急裝備、應急物資等。為研究人體在低溫(及極低溫)條件中的各項生理反應、檢測低溫防護裝備的有效性和舒適性等諸方面的研究提供技術支撐[12]。從而提升我國對低溫災害中人員生理反應與安全性的了解,完善低溫災害中應急裝備與物資的測試手段,實現提升低溫災害應急工作能力的目標,進而更好地保護廣大人民的生命與財產安全。

1系統設計

1.1設計目標模擬低溫環境,首先要建立一個具有制冷功能,并能夠保持低溫的室內特殊環境。在實驗室內使用暖體假人模擬人體行為要確保假人可以安全放置在環境當中。同時,凈化工程www.schrjh.com,環境中還要放置防護服等應急設施與裝備;為獲取實驗數據,實驗室內部還應放置各類探測器(見圖1)。

1.2設計實施根據設計目標,在實驗室內部搭建了尺寸為2.4m(長)×1.8m(寬)×2.8m(高)的實驗艙體。此空間尺寸可容納暖體假人在內部以站立、坐姿、臥等各種姿態擺放,并且具備較為充足的空間放置相關應急裝備與探測裝置。根據系統的功能要求,系統總體結構設計如下:(1)假人系統。模擬系統采用美國MTNW公司生產的熱能暖體假人“Newton”作為模擬人體功能的核心儀器。暖體假人身高170cm,并根據人體的生理結構被分為20個區域并可以獨立控制發熱、發汗功能,假人還具備呼吸等功能。假人自身還配備傳感器用以獨立監測各分區體溫、發熱量等生理數據。通過連接計算機可以使用專用軟件實現發熱功率設定、生理活動模擬序列設定、實時生理數據監測等。可重復、可控地模擬人體生理變化,從而實現代替人體在低溫環境下進行實驗的需求。(2)空調制冷系統。其功能在于為實驗空間降溫。制冷功能由制冷系統完成,由壓縮機、冷凝器、節流部件、蒸發器等組成,室外采用KLAN冷凝器組。室內蒸發器有冷風機和蒸發排管等選擇,由于本系統空間較小,同時考慮到頻繁除霜的難度與時間要求,本模擬系統采用冷風機送風的蒸發方式。風機部分具備送風與排風兩種功能(見圖2)。風機送風口設置于兩側,送風方向為水平方向;排風口位于風機底部,利用負壓垂直向上將室內空氣排出。由于送入低溫空氣,溫度差異導致的自然對流與強制對流共同作用使得新風充分完成降溫效果,達到高效溫控作用。制冷系統設計溫度為-18℃至室溫。另外,壓縮機具備熱氣融霜功能,保證系統的正常運行[13-14]。(3)溫度控制系統。用于提供人機交換功能,可以啟動或停止系統,控制空調制冷系統的運行。同時保障冷凝水下水裝置的正常運行,并控制其他輔助設備運行。通過控制器可以了解低溫艙內的多項信息:當前溫度、實驗艙需要控制的目標溫度。搭配2個由熱敏電阻構成的溫度傳感器實時監測實驗艙內溫度,在顯示界面上可以分別實時查看探頭的測量數據;同時,控制系統可自動根據測量數據控制制冷系統的啟動關閉,實現低溫環境的溫度保持。溫度的控制精度小于±2℃。(4)保溫庫體結構。主要是隔離實驗室空間和外界非實驗空間,保障實驗環境不受外界環境干擾。本系統使用雙光彩聚氨酯夾芯板,由于聚氨酯導熱系數低,熱工性能好,從而有效地降低低溫環境的升溫速率,維持溫度的穩定性,同時達到節能的目的。(5)冷凝水下水裝置。主要功能是將空調制冷系統降溫過程中凝結的水及時輸送到實驗空間外,以保障空調制冷系統的高效運行和實驗空間不受冷凝水的影響。(6)假人吊掛裝置。由于假人不能獨立站立而需要吊掛使用,模擬系統中制造了與暖體假人相匹配的專用連接結構,利用鋼架固定在風機正下方,將暖體假人固定在環境當中,從而可以方便地為假人更換防護服,達到試驗目的。此外,模擬系統搭配數據探測與采集系統,其中包括配備低溫溫、濕度探測器,使用多路采集器進行采集并與計算機相連進行在線監測,準確得到實驗環境中16個點的環境參數。溫度測量范圍:-40~20℃(±0.1℃),濕度測量范圍:0~100%RH(±2%)。模擬系統整體采用穩壓電源供電(三相380V,50Hz)防止電源電壓的波動對設備產生損傷。模擬系統平面布置見圖3。

2實驗系統測試與討論

2.1低溫性能測試為證實此模擬系統的降溫系統降溫性能,對模擬系統的制冷功能和溫度保持功能進行了測試。測試初始溫度為室溫(25.5℃),室內布置溫度探測器監測溫度,潔凈室www.hrjhgs.com,探測器距離地面分別為0.5、1.1m。制冷目標溫度設定為-18℃,利用自動控制器保持溫度。測試期間溫度曲線見圖4。實驗系統從室溫25℃降至-18℃用時約46.7min,降溫速率約1℃/min。隨后利用自動溫控系統使系統保持在-18℃左右,自然升溫速度最快為0.18℃/min,并且隨著測試的進行,由于隔熱材料的溫度也逐漸降低,室內的自然升溫速度逐漸減慢,室內低溫環境趨于更優。此外,通過更改控制器的控制參數,可以更改風機開關的限定溫度,從而進一步降低溫升,降低溫度波動。

2.2風速測試由于蒸發部分使用冷風機制冷,冷空氣的風速是設計必須要考慮的因素。如果風速過大,將會對室內假人、設備等產生過大沖擊;并且流場過于混亂,不利于實驗的重復性進行。而在低溫災害中,降溫過程伴隨空氣對流兩者共同對人體產生影響,所以需要考慮低溫實驗環境內的風速環境[6]。使用多點風速儀進行制冷作業時的風速測量,風速探測器分別放置于:靠近新風出口處(高2.0m)、中心處(1.0m)、靠近排風口處(1.5m)。測得在制冷、溫度保持等實驗全過程中,系統內最大風速約2.1m/s,其他各處平均風速小于1.0m/s,實驗室屬于中風速低溫實驗范圍[15]。與此同時,風速未給進入低溫環境的實驗人員帶來強烈的不適感,如需刻畫人體舒適性,可對風速人體體感結果進行修正,消除風速的影響,測定低溫的影響結果。

3結語

為開展低溫災害中人體生理反應,以及檢測低溫環境中各防護裝備的有效性,本文建立了一套利用制冷系統實現低溫環境的低溫災害模擬實驗系統。實驗系統包括能夠模擬人體生理活動的暖體假人、測試控制系統、環境溫濕度探測器等。經測試,實驗系統可以快速降溫,降溫速度、保溫性、室內風速符合基本實驗要求。可為開展低溫災害環境的人員安全、應急設備測試等一系列關鍵性研究提供技術支撐。 在线看日本免费不卡资源,日本免费网址大全在线观看,日本不卡免费一区二区

Copyright © 2020-2028 現代應用技術網版權所有http://www.jqjgl.cn本站文章部分來自互聯網轉載,如有侵權請與管理員聯系QQ:164236394,或發電子郵件告知我們,經我們審核后會在第一時間進行確認并作刪除處理!感謝您的支持與理解!廣告服務聯系QQ164236394 Power by DedeCms