化工学报 ›› 2025, Vol. 76 ›› Issue (S1): 360-369.DOI: 10.11949/0438-1157.20250111
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李卫1(
), 陈浩1(
), 柯钢2, 黄孝胜2, 李成娇2, 郭航1, 叶芳1
收稿日期:2025-02-04
修回日期:2025-02-17
出版日期:2025-06-25
发布日期:2025-06-26
通讯作者:
陈浩
作者简介:李卫(2001—),男,学士,18722988134@163.com
基金资助:
Wei LI1(
), Hao CHEN1(
), Gang KE2, Xiaosheng HUANG2, Chengjiao LI2, Hang GUO1, Fang YE1
Received:2025-02-04
Revised:2025-02-17
Online:2025-06-25
Published:2025-06-26
Contact:
Hao CHEN
摘要:
高原环境舱作为一种能够模拟高原条件的特殊设备,在特种设备测试领域具有重要作用,它能够在地面常规条件下提供高原低压、低温等极端运行环境,从而实现在地面常规条件下开展高原测试实验。基于天津市某汽车后勤装备动力设备高原环境模拟平台,对该平台的各个部分进行分析和合理简化后建立数学模型,并在Matlab/Simulink开展仿真研究。结果表明,该高原环境模拟平台的设备选型符合设定的环境试验要求,实现了环境试验舱的绿色高效设计。此外,通过研究PID控制器来研究该环境试验舱的控制逻辑,揭示了温度、湿度和压强之间的相互影响。温度对湿度的调控具有显著的影响,在降温时,当室外环境温度较高时,降温过程中湿度达到平衡所需的时间会相对较短,温度为-20℃时,平衡时间最短,仅需771 s。
中图分类号:
李卫, 陈浩, 柯钢, 黄孝胜, 李成娇, 郭航, 叶芳. 高原环境适应性试验室模拟平台新风系统仿真[J]. 化工学报, 2025, 76(S1): 360-369.
Wei LI, Hao CHEN, Gang KE, Xiaosheng HUANG, Chengjiao LI, Hang GUO, Fang YE. Simulation of the fresh air system in the simulation platform of the high-altitude environmental adaptability laboratory[J]. CIESC Journal, 2025, 76(S1): 360-369.
| 序号 | 参数 | 数值 |
|---|---|---|
| 1 | 空气密度/(kg/m3) | 1.2 |
| 2 | 舱内体积/m3 | 196.664 |
| 3 | 空气比热容/(kJ/(kg·K)) | 1.003 |
| 4 | 铜管比热容/(kJ/(kg·K)) | 0.45 |
| 5 | 新风流量/(m3/s) | 4000/3600 |
| 6 | 换热面积/m2 | 567 |
| 7 | 围护结构墙壁厚度/m | 0.15 |
| 8 | 热导率/(W/(m·K)) | 0.031 |
| 9 | 真空泵抽气速率/(m3/s) | 14900/3600 |
表1 物理参数
Table 1 Physical parameters
| 序号 | 参数 | 数值 |
|---|---|---|
| 1 | 空气密度/(kg/m3) | 1.2 |
| 2 | 舱内体积/m3 | 196.664 |
| 3 | 空气比热容/(kJ/(kg·K)) | 1.003 |
| 4 | 铜管比热容/(kJ/(kg·K)) | 0.45 |
| 5 | 新风流量/(m3/s) | 4000/3600 |
| 6 | 换热面积/m2 | 567 |
| 7 | 围护结构墙壁厚度/m | 0.15 |
| 8 | 热导率/(W/(m·K)) | 0.031 |
| 9 | 真空泵抽气速率/(m3/s) | 14900/3600 |
| 室外温度/℃ | 初始温度/℃ | 目标温度/℃ | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| -20 | 10 | 45 | 1088 |
| -10 | 10 | 45 | 1072 |
| 0 | 10 | 45 | 1064 |
| 10 | 10 | 45 | 1040 |
| 20 | 10 | 45 | 1024 |
| 30 | 10 | 45 | 1008 |
表2 从10℃升温至45℃时的温度平衡时间
Table 2 Temperature equilibrium time when heating from 10℃ to 45℃
| 室外温度/℃ | 初始温度/℃ | 目标温度/℃ | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| -20 | 10 | 45 | 1088 |
| -10 | 10 | 45 | 1072 |
| 0 | 10 | 45 | 1064 |
| 10 | 10 | 45 | 1040 |
| 20 | 10 | 45 | 1024 |
| 30 | 10 | 45 | 1008 |
| 室外温度/℃ | 初始温度/℃ | 目标温度/℃ | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| -20 | 10 | -45 | 1248 |
| -10 | 10 | -45 | 1176 |
| 0 | 10 | -45 | 1136 |
| 10 | 10 | -45 | 1112 |
| 20 | 10 | -45 | 1120 |
| 30 | 10 | -45 | 1152 |
表3 初始温度10℃降至-45℃的温度平衡时间
Table 3 Temperature equilibrium time from initial temperature of 10℃ to -45℃
| 室外温度/℃ | 初始温度/℃ | 目标温度/℃ | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| -20 | 10 | -45 | 1248 |
| -10 | 10 | -45 | 1176 |
| 0 | 10 | -45 | 1136 |
| 10 | 10 | -45 | 1112 |
| 20 | 10 | -45 | 1120 |
| 30 | 10 | -45 | 1152 |
| 室外温度/℃ | 初始温度/℃ | 目标温度/℃ | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| 5 | 15 | -45 | 1232 |
| 10 | 15 | -45 | 1216 |
| 15 | 15 | -45 | 1208 |
| 20 | 15 | -45 | 1216 |
| 25 | 15 | -45 | 1224 |
表4 初始温度15℃降至-45℃的温度平衡时间
Table 4 Temperature equilibrium time from initial temperature of 15℃ to -45℃
| 室外温度/℃ | 初始温度/℃ | 目标温度/℃ | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| 5 | 15 | -45 | 1232 |
| 10 | 15 | -45 | 1216 |
| 15 | 15 | -45 | 1208 |
| 20 | 15 | -45 | 1216 |
| 25 | 15 | -45 | 1224 |
| 室外温度/℃ | 初始温度/℃ | 目标温度/℃ | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| -10 | 0 | -45 | 1232 |
| -5 | 0 | -45 | 1216 |
| 0 | 0 | -45 | 1208 |
| 5 | 0 | -45 | 1216 |
| 10 | 0 | -45 | 1224 |
表5 初始温度0℃降至-45℃的温度平衡时间
Table 5 Temperature equilibrium time for initial temperature from 0℃ to -45℃
| 室外温度/℃ | 初始温度/℃ | 目标温度/℃ | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| -10 | 0 | -45 | 1232 |
| -5 | 0 | -45 | 1216 |
| 0 | 0 | -45 | 1208 |
| 5 | 0 | -45 | 1216 |
| 10 | 0 | -45 | 1224 |
| 工况 | 初始压强/Pa | 目标压强/Pa | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| 1 | 101325 | 90000 | 690 |
| 2 | 101325 | 80000 | 665 |
| 3 | 101325 | 70000 | 632 |
| 4 | 101325 | 60000 | 582 |
| 5 | 101325 | 50000 | 488 |
| 6 | 101325 | 47000 | 436 |
表6 降压的6个工况及平衡时间
Table 6 Six operating conditions and equilibrium time for voltage reduction
| 工况 | 初始压强/Pa | 目标压强/Pa | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| 1 | 101325 | 90000 | 690 |
| 2 | 101325 | 80000 | 665 |
| 3 | 101325 | 70000 | 632 |
| 4 | 101325 | 60000 | 582 |
| 5 | 101325 | 50000 | 488 |
| 6 | 101325 | 47000 | 436 |
| 室外温度/℃ | 初始湿度 | 目标湿度 | 湿度平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| -20 | 0.15 | 0.95 | 771 |
| -10 | 0.15 | 0.95 | 818 |
| 0 | 0.15 | 0.95 | 876 |
| 10 | 0.15 | 0.95 | 951 |
| 20 | 0.15 | 0.95 | 1047 |
| 30 | 0.15 | 0.95 | 1149 |
表7 升温时室外温度与湿度平衡时间的关系
Table 7 Relationship between outdoor temperature and humidity equilibrium time during temperature rise
| 室外温度/℃ | 初始湿度 | 目标湿度 | 湿度平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| -20 | 0.15 | 0.95 | 771 |
| -10 | 0.15 | 0.95 | 818 |
| 0 | 0.15 | 0.95 | 876 |
| 10 | 0.15 | 0.95 | 951 |
| 20 | 0.15 | 0.95 | 1047 |
| 30 | 0.15 | 0.95 | 1149 |
| 室外温度/℃ | 初始湿度 | 目标湿度 | 湿度平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| -20 | 0.15 | 0.95 | 231 |
| -10 | 0.15 | 0.95 | 211 |
| 0 | 0.15 | 0.95 | 195 |
| 10 | 0.15 | 0.95 | 183 |
| 20 | 0.15 | 0.95 | 172 |
| 30 | 0.15 | 0.95 | 163 |
表8 降温时室外温度与湿度平衡时间的关系
Table 8 Relationship between outdoor temperature and humidity equilibrium time during cooling
| 室外温度/℃ | 初始湿度 | 目标湿度 | 湿度平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| -20 | 0.15 | 0.95 | 231 |
| -10 | 0.15 | 0.95 | 211 |
| 0 | 0.15 | 0.95 | 195 |
| 10 | 0.15 | 0.95 | 183 |
| 20 | 0.15 | 0.95 | 172 |
| 30 | 0.15 | 0.95 | 163 |
| 目标压强/Pa | 初始湿度 | 目标湿度 | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| 90000 | 0.15 | 0.95 | 313 |
| 80000 | 0.15 | 0.95 | 360 |
| 70000 | 0.15 | 0.95 | 427 |
| 60000 | 0.15 | 0.95 | 532 |
| 50000 | 0.15 | 0.95 | 747 |
| 47000 | 0.15 | 0.95 | 876 |
表9 目标压强与湿度平衡时间的关系
Table 9 Relationship between target pressure and humidity equilibrium time
| 目标压强/Pa | 初始湿度 | 目标湿度 | 平衡时间/s |
|---|---|---|---|
| 90000 | 0.15 | 0.95 | 313 |
| 80000 | 0.15 | 0.95 | 360 |
| 70000 | 0.15 | 0.95 | 427 |
| 60000 | 0.15 | 0.95 | 532 |
| 50000 | 0.15 | 0.95 | 747 |
| 47000 | 0.15 | 0.95 | 876 |
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