基于特殊工况的高低温试验箱温场流场特性分析及应用研究

作     者：解家顺 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭彦青

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 082504[工学-人机与环境工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：高电压 高低温模拟系统 温场均匀度 流场稳定性 送风方案 实验研究 

摘      要：虽然高低温试验箱在各行各业已有大量应用,但在某些特殊工况下,如高电压、高盐雾等环境,高低温实验箱还需定制研究。在该背景下,本文依托实际的项目需求,重点解决高电压工况下高低温试验箱的定量分析和优化问题。首先针对高电压工况容易发生击穿事故,设计了一种灌封块结构,解决了高压隔离问题,并将灌封块与温箱内空间结合,对温箱整体机械结构进行了设计,计算温箱稳态负荷,得到温度与负荷的函数关系;新的结构对温箱的温度传递会产生影响,故而通过仿真分析,对温箱内空间结构进行优化,得到了一种最优结构;在最优结构的基础上,对送风流量展开定量分析,通过仿真结果的对比,得到最优送风方案;为验证温箱结构的正确性,进行组件选型,开展实物的制作;在实物制作的基础上,开展相关实验,将实验结果与仿真结果进行对比,验证整套系统设计的正确性。仿真结果表明,当温箱内空间圆角R=100mm时,温箱的温场均匀度最好,温差范围最小,且压差维持在较低的水平;在所选的4种送风方案中,当送风速度为1.8m/s时,瞬态工况研究中系统温度的均匀度可以达到?2℃,压差不超过5Pa,系统的均匀度和稳定度都可以达到预期要求,所选的方案在-40℃85℃都可以适用,整个系统满足设计要求。在进行其他送风方案仿真时,系统的温差和标准差都偏大,经研究分析,这是由于送风速度过小会导致系统内热交换不足,送风速度过大会导致热量流失过快,系统温度动态平衡不是最佳状态。连续仿真结果表明,在既定送风方案下系统的温升速率可以达到3℃/min,温降速率可达到2℃/min。实验结果表明,在最佳送风速度方案下,系统的稳态温度工况和连续实验工况都可以达到设计要求,送风速度与温度极差也满足二次函数关系,实验数据曲线与理论温升、温降函数曲线的温度误差基本维持在2℃以内,系统的温度均匀度和流场稳定度都达到设计要求,这些都为后面电子器件的测试提供了理论和数据支撑,方便后续的深入研究。