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某露天机柜的传热分析 1 2 3 陈艳 ，孙靖慧 ，王梓瑛 （1,陕西宇航科技工业公司；2,陕西龙记房地产开发有限公司；3,陕西天宇建筑设计有限公司） 摘要：针对某机柜采用夹层板结构的情况，研究了夹层板传热参数的等效处理，开展了机柜在极 端环境温度下的瞬态传热分析；基于观察点的温度变化情况，进行了设备的温度适应性分析。 关键词：夹层板结构，瞬态传热，机柜，温度适应性。 1． 概述 作为工业及民用建筑领域较为常见的电气管理单元，配电柜（箱）具有通用、便捷的优点。 面向用户需求进行功能设计的同时，机柜本身可在一定程度上屏蔽高/低温、日晒、盐雾等恶劣 环境条件，使得内部设备具备了较好的环境适应性。 常用机柜为一定厚度的钢制板材，经钣金件切割、焊接、喷漆等工序制成。某新型机柜采用 了“钢+橡胶+钢”的三明治式复合材料，为确保该机柜用于某设备后在极端天气条件下能够满 足用户要求，在Abaqus/CAE 下开展了机柜-设备的一体化传热分析。 2． 模型、材料参数及环境条件 设备壳体经4 个金属支脚埋设在浇注混凝土的地表面，内有橡胶类填充物；工作元件体积较 小且不产生热量，分析建模时忽略不计。考虑结构对称性，取1/4 进行分析，模型见图 1。 土层宽、厚均取机柜最大尺寸的10 倍，下边界设置恒温边界；暴露在环境中的混凝土表面、 机柜外表面均按空气中的对流换热处理，机柜内部、设备壳体外部按空气介质处理。 图1 分析模型 机柜、土壤等材料的密度及传热参数按设计单位提供值。 环境温度初始值为200 0 0 C，后按2 C/h均匀降温至-5 C，维持10h。 3． 夹层板传热参数的等效 考虑到机柜采用的“钢+橡胶+钢”三明治式复合结构建模复杂，首先对其热力学参数进行 了分析和等效处理。 3.1 夹层板等效热导率的理论解 图2 无限长平板 图3 夹层复合平板 对于图2 所示的一维稳态传热过程，在第一类边界条件下平板沿厚度方向的导热速率 满 Q 足： T −T T −T Q qA 0 1 0 1 A （1） δ δ kA k 式中 为平板在考察范围内的面积， 为板厚， 为板材料热导率。 A δ k 由能量守恒定律与界面温度连续条件，不难得出n 层连接良好的复合结构存在： T −T T −T Q qA 0 n 0 n A （2 ） n δ n δ ∑ i ∑ i i 1 k A i 1 k