CN107220441A - 一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法 - Google Patents

一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法，包括以下步骤：针对电子方舱的布局方案，建立电子方舱三维模型；根据电子方舱三维模型进行仿真模拟，得到仿真结果；采集人员工作区域内的仿真结果并分析，得到关于人体舒适度的各项参数；根据各项参数判断所述布局方案是否满足人体舒适度的要求；如果满足人体舒适度的要求，则确定为最终方案；如果不满足人体舒适度的要求，则对布局方案进行调整，直到满足人体舒适度的要求为止。本发明在电子方舱设计中，针对电子方舱的布局方案，建立电子方舱三维模型并进行仿真模拟，实现人体舒适度的检测，为电子方舱的实际生产提供了依据和保障，节约了电子方舱的生产成本，缩短了电子方舱的生产周期。

Description

一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法
技术领域
本发明属于方舱系统仿真技术领域，具体地讲涉及一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法。
背景技术
目前，我国通用的电子方舱由六块复合大板及附属连接件组装而成的空腔壳体。大多数方舱用来装载各种可移动的设备，和运载汽车一起构成机动性强、相对独立的分系统。由于方舱具有良好的战场机动能力、快速的作战反应能力、适宜的舱载设备和人员的工作环境，并可具有一定的战场威胁防护能力，因此电子方舱已成为当前不可逆转的发展趋势，在武器系统的地面装备中广泛应用。
电子方舱内集成了大量的高功率电子设备，同时工作人员在舱内长时间工作。舱内的热负荷包括电子设备的耗散功率、人员的散热和太阳辐射等，如果不能将这些热量及时带出方舱，一方面容易导致设备失败，系统崩溃；另一方面影响操作人员的舒适性，降低任务的执行效率。
目前，电子方舱前期设计时往往会忽略人体舒适性的设计，对于人体舒适度的检测通常只有在电子方舱生产出来后才能进行，根据检测结果再对电子方舱的布局设计进行修改，这样就大大耗费了生产成本、耽误了生产周期。
发明内容
根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法，节约了电子方舱的生产成本，缩短了电子方舱的生产周期。
本发明采用以下技术方案：
一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法，包括如下步骤：
S1，针对电子方舱的布局方案，获取电子方舱内电子设备、办公硬件和人员的位置信息及尺寸数据，建立电子方舱三维模型；
S2，根据电子方舱三维模型对电子方舱的工作环境、设备固体材料、初始边界条件进行仿真模拟，得到电子方舱的整个舱体的仿真结果；
S3，根据整个舱体的仿真结果，采集舱体中人员工作区域内的仿真结果并进行分析，得到关于人体舒适度的各项参数；
S4，根据所述各项参数判断所述布局方案是否满足人体舒适度的要求；如果满足人体舒适度的要求，则确定所述布局方案为最终方案；如果不满足人体舒适度的要求，则对所述布局方案进行调整，重复步骤S1～S3，直到满足人体舒适度的要求为止。
优选的，所述步骤S1具体包括如下步骤：
S11，针对电子方舱的布局方案，获取电子方舱内电子设备、办公硬件和人员的位置信息及尺寸数据；
S12，根据位置信息及尺寸数据，建立电子方舱的三维模型；
S13，对电子方舱的三维模型中的电子设备和办公硬件的布局进行简化，得到简化后的三维模型。
进一步优选的，所述步骤S13的具体简化过程包括：去除电子方舱箱体的凸台、凹槽、棱角及连接件；忽略电子设备的芯片及电路，将电子设备简化为简单实体；办公硬件按照实际形状进行模型简化。
优选的，步骤S2中，所述工作环境包括舱外流动的流体、舱外环境的温度、舱外太阳的辐射；所述设备固体材料包括电子设备、办公硬件和电子方舱壁的材料；所述初始边界条件包括电子设备的热负荷、风机型号、空调进风量与进风温度；所述仿真结果包括电子方舱内电子设备工作温度云图、空气温度云图、空气流速云图。
优选的，所述步骤S3中具体过程为：根据整个舱体的仿真结果，分别采集人员工作区域内的多个水平面和多个垂直面的仿真结果并对其进行分析，得到关于人体舒适度的各项参数，各项参数包括最高空气流速和最高空气温度。
优选的，步骤S4中所述满足人体舒适度的要求为人员工作区域中的最高空气流速不大于60m/min和最高空气温度不高于29.5℃。
进一步优选的，步骤S4中对所述布局方案进行调整具体包括以下过程：若人员工作区域中的最高空气流速快于人体舒适度的要求时，降低空调输出风速、增大人员工作区域以及减少电子方舱内的设备；若人员工作区域中的最高空气温度高于人体舒适度的要求时，将热耗高的电子设备布置在远离人员工作区域的地方或降低空调输出温度。
本发明的优点和有益效果在于：
1)本发明在电子方舱设计中，针对电子方舱的布局方案，获取电子方舱内电子设备、办公硬件和人员的位置信息及尺寸数据并建立电子方舱三维模型，根据电子方舱三维模型对电子方舱的工作环境、设备固体材料、初始边界条件进行仿真模拟，得到整个舱体的仿真结果，根据整个舱体的仿真结果，分别采集人员工作区域内的多个水平面和多个垂直面的仿真结果并对其进行分析，得到关于人体舒适度的各项参数，根据所述各项参数判断所述布局方案是否满足人体舒适度的要求，从而实现了人体舒适度的检测，为电子方舱的实际生产提供了依据和保障，节约了电子方舱的生产成本，缩短了电子方舱的生产周期。
2)本发明通过获取电子方舱内电子设备、办公硬件和人员的位置信息和尺寸信息的数据建立电子方舱的三维模型，再对电子方舱的三维模型中的电子设备和办公硬件的布局进行简化，得到简化后的三维模型，并对简化后的三维模型进行仿真模拟，减少了模型的复杂度，使模型更容易计算，降低了仿真难度。
3)本发明对电子方舱的三维模型进行仿真模拟，综合考虑了舱外流动的流体、舱外环境的温度、舱外太阳的辐射工作环境和电子设备、办公硬件和电子方舱壁的材料以及电子设备的热负荷、风机型号、空调进风量与进风温度初始边界条件等因素，使仿真环境更加接近实际情况，保证了仿真结果的准确性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明实施例中简化前的电子方舱三维模型图。
图3为本发明实施例中简化后的电子方舱三维模型图。
图4a、图4b为本发明实施例中采集的水平面空气流速云图。
图5a、图5b为本发明实施例中采集的水平面空气温度云图。
图6a、图6b为本发明实施例中采集的垂直面空气流速云图。
图7a、图7b为本发明实施例中采集的垂直面空气温度云图。
图8为本发明实施例中采集的电子设备的工作温度云图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法，包括如下步骤：
S1，针对电子方舱的布局方案，获取电子方舱内电子设备、办公硬件和人员的位置信息及尺寸数据，建立电子方舱三维模型；
具体地，包括以下步骤：
1)针对电子方舱的布局方案，获取电子方舱内电子设备、办公硬件和人员的位置信息及尺寸数据；
2)根据位置信息及尺寸数据，建立电子方舱的三维模型；
3)对电子方舱的三维模型中的电子方舱箱体以及电子方舱内电子设备和办公硬件的布局进行简化，即去除电子方舱箱体的凸台、凹槽、棱角及连接件，忽略电子设备的芯片和电路，将电子设备简化为简单实体，办公硬件按照实际形状进行模型简化，从而得到简化后的三维模型。
S2，根据电子方舱三维模型对电子方舱的工作环境、设备固体材料、初始边界条件进行仿真模拟，得到电子方舱的整个舱体的仿真结果；
具体地，工作环境包括舱外流动的流体、舱外环境的温度、舱外太阳的辐射；所述设备固体材料包括电子设备、办公硬件和电子方舱壁的材料；所述初始边界条件包括电子设备的热负荷、风机型号、空调进风量与进风温度。
所述仿真结果包括电子方舱内电子设备工作温度云图、空气温度云图、空气流速云图。
S3，根据整个舱体的仿真结果，采集舱体中人员工作区域内的仿真结果并进行分析，得到关于人体舒适度的各项参数；
具体地，根据整个舱体的仿真结果，分别采集人员工作区域内的多个水平面和多个垂直面的仿真结果并对其进行分析，得到关于人体舒适度的各项参数，各项参数包括最高空气流速和最高空气温度
S4，根据各项参数判断所述布局方案是否满足人体舒适度的要求；如果满足人体舒适度的要求，则确定所述初步布局方案为最终方案；如果不满足人体舒适度的要求，则对所述初步布局方案进行调整，重复步骤S1～S3，直到满足人体舒适度的要求为止。
所述人体舒适度的要求为人员工作区域中的最高空气流速不大于60m/min和最高空气温度不高于29.5℃。
对所述布局方案进行调整具体包括以下过程：若人员工作区域中的最高空气流速快于人体舒适度的要求时，降低空调输出风速、增大人员工作区域以及减少电子方舱内的设备；若人员工作区域中的最高空气温度高于人体舒适度的要求时，将热耗高的电子设备布置在远离人员工作区域的地方或降低空调输出温度。
下面以具体的实施例来对本发明的电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法进行详细说明。
实施例：
某雷达的电子方舱前期设计中，针对对电子方舱布局方案，对人体舒适度进行检测的方法包括以下步骤：
1)针对电子方舱的布局方案，获取电子方舱内电子设备、办公硬件和人员的位置信息及尺寸数据，建立电子方舱三维模型。
某雷达的电子方舱初步布局方案中，电子方舱内有电子设备机柜、办公桌、折叠椅、电脑主机、储物柜、照明设备和两台空调。获取电子方舱内电子设备和办公硬件的位置信息及尺寸数据，并在Pro/Engineer软件内建立电子方舱及内部设备的三维模型，如图2所示。
对三维模型进行简化，具体包括以下操作：忽略电子方舱舱体的凸台、凹槽、棱角及连接件，将舱体简化为箱体；忽略电子设备机柜内TR分机、直流分机、综合分机等插件内部芯片，将插件、插箱简化为简单实体；轴流风扇保留其外形尺寸简化为立方体，机柜简化为空心壳体；办公设备、照明设备、空调均按照实际形状简化。得到简化后的三维模型，如图3所示。
2)根据电子方舱三维模型对电子方舱的工作环境、设备固体材料、初始边界条件进行仿真模拟，得到电子方舱的整个舱体的仿真结果。
根据电子方舱实际工作环境，设置舱内和舱外的流动流体为空气；为使电子方舱适应高温作业环境，设置舱外环境的温度为55℃；太阳辐射量为1120W/m2。研究在此工作环境下，舱内的热环境情况。
电子设备材料为铝合金制成，将其材料设为3003铝合金。办公设备、空调进行绝热壁面处理。方舱壁为铝合金蒙皮包覆聚氨酯泡沫芯材结构，故外部蒙皮材料设置为3003铝合金、内部芯材设置为聚氨酯。
机柜是一个独立的环控系统，内部排布不同的电子设备及不同型号的轴流风扇。电子设备按照实际发热量设置成体积热源，轴流风扇按照实际参数选择相关型号；舱内照明热取200W，电脑主机散热取100W；将空调转化为进风口、出风口进行设置，进风量为1200m3/h、进风温度为18℃；空调的制冷量大小与电子方舱的散热量保持一致。
使用计算机仿真模块的FLOEFD软件，将机柜内电子设备工作温度、舱内空气温度、舱内空气流速设置为主要仿真目标进行仿真计算，得到电子设备工作温度云图、舱内空气温度云图、舱内空气流速云图的仿真结果。
3)根据整个舱体的仿真结果，采集舱体中人员工作区域内的仿真结果并进行分析，得到关于人体舒适度的各项参数。
根据整个舱体的仿真结果，分别采集人员工作区域内的多个水平面和多个垂直面的仿真结果并对其进行分析，得到关于人体舒适度的各项参数，各项参数包括最高空气流速和最高空气温度。采集的水平面空气流速云图如图4a、图4b所示，水平面空气温度云图如图5a、图5b所示，采集的垂直面空气流速云图如图6a、图6b所示，垂直面空气温度云图如图7a、图7b所示，电子设备的工作温度云图如图8所示。
分析电子设备的工作温度云图，最高温度为56.97℃；分析多个水平面和多个垂直面的空气温度云图，得到最高空气温度约为24℃～25℃；分析多个水平面和多个垂直面的空气流速云图，得到舱内最高空气流速较高为70m/min，人员工作区域内的最高空气流速约为45m/min。
4)根据人体舒适度的各项参数判断电子方舱内的人员舒适度是否满足国军标规定的人体舒适度的要求；如果满足人体舒适度的要求，则确定所述布局方案为最终方案；如果不满足人体舒适度的要求，则对所述布局方案进行调整，重复进行步骤1)～步骤3)，直到满足人体舒适度的要求为止。
电子设备工作温度最高温度为56.97℃，满足电子设备工作温度低于70℃的要求；人员工作区域内的最高空气温度约为24℃～25℃，低于国军标GJB/Z131-2002规定的保证人员可靠工效的温度上限29.5℃；舱内最高空气流速较高为70m/min，人员工作区域内的最高空气流速约为45m/min，满足国军标GJB2873-1997通过人体周围的气流速度应小于60m/min的要求。因此，此电子方舱设计中的电子方舱布局方案，满足人体舒适度的要求，此布局方案可定为电子方舱最终布局方案。
如果人体舒适度的各项参数不满足国军标规定的人体舒适度的要求，则需调整电子方舱设计中的电子方舱布局方案，重复进行步骤1)～步骤3)，直到人体舒适度的各项参数满足人体舒适度的要求为止。
对所述布局方案进行调整具体包括以下过程：若人员工作区域中的最高空气流速快于人体舒适度的要求时，降低空调输出风速、增大人员工作区域以及减少电子方舱内的设备；若人员工作区域中的最高空气温度高于人体舒适度的要求时，将热耗高的电子设备布置在远离人员工作区域的地方或降低空调输出温度。
综上所述，针对电子方舱的布局方案，获取电子方舱内电子设备、办公硬件和人员的位置信息及尺寸数据并建立电子方舱三维模型，根据电子方舱三维模型对电子方舱的工作环境、设备固体材料、初始边界条件进行仿真模拟，得到整个舱体的仿真结果，根据整个舱体的仿真结果，分别采集人员工作区域内的多个水平面和多个垂直面的仿真结果并对其进行分析，得到关于人体舒适度的各项参数，根据所述各项参数判断所述布局方案是否满足人体舒适度的要求，从而实现了人体舒适度的检测，为电子方舱的实际生产提供了依据和保障，节约了电子方舱的生产成本，缩短了电子方舱的生产周期。

Claims (7)

1.一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，针对电子方舱的布局方案，获取电子方舱内电子设备、办公硬件和人员的位置信息及尺寸数据，建立电子方舱三维模型；
S2，根据电子方舱三维模型对电子方舱的工作环境、设备固体材料、初始边界条件进行仿真模拟，得到电子方舱的整个舱体的仿真结果；
S3，根据整个舱体的仿真结果，采集舱体中人员工作区域内的仿真结果并进行分析，得到关于人体舒适度的各项参数；
S4，根据所述各项参数判断所述布局方案是否满足人体舒适度的要求；如果满足人体舒适度的要求，则确定所述布局方案为最终方案；如果不满足人体舒适度的要求，则对所述布局方案进行调整，重复步骤S1～S3，直到满足人体舒适度的要求为止。
2.根据权利要求1所述的一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤：
S11，针对电子方舱的布局方案，获取电子方舱内电子设备、办公硬件和人员的位置信息及尺寸数据；
S12，根据位置信息及尺寸数据，建立电子方舱的三维模型；
S13，对电子方舱的三维模型中的电子设备和办公硬件的布局进行简化，得到简化后的三维模型。
3.根据权利要求2所述的一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法，其特征在于，所述步骤S13的具体简化过程包括：去除电子方舱箱体的凸台、凹槽、棱角及连接件；忽略电子设备的芯片及电路，将电子设备简化为简单实体；办公硬件按照实际形状进行模型简化。
4.根据权利要求1所述的一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法，其特征在于：步骤S2中，所述工作环境包括舱外流动的流体、舱外环境的温度、舱外太阳的辐射；所述设备固体材料包括电子设备、办公硬件和电子方舱壁的材料；所述初始边界条件包括电子设备的热负荷、风机型号、空调进风量与进风温度；所述仿真结果包括电子方舱内电子设备工作温度云图、空气温度云图、空气流速云图。
5.根据权利要求1所述的一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法，其特征在于，所述步骤S3中具体过程为：根据整个舱体的仿真结果，分别采集人员工作区域内的多个水平面和多个垂直面的仿真结果并对其进行分析，得到关于人体舒适度的各项参数，各项参数包括最高空气流速和最高空气温度。
6.根据权利要求1所述的一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法，其特征在于：步骤S4中所述满足人体舒适度的要求为人员工作区域中的最高空气流速不大于60m/min和最高空气温度不高于29.5℃。
7.根据权利要求6所述的一种电子方舱内人体舒适度的检测仿真方法，其特征在于，步骤S4中对所述布局方案进行调整具体包括以下过程：若人员工作区域中的最高空气流速快于人体舒适度的要求时，降低空调输出风速、增大人员工作区域以及减少电子方舱内的设备；若人员工作区域中的最高空气温度高于人体舒适度的要求时，将热耗高的电子设备布置在远离人员工作区域的地方或降低空调输出温度。
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