煤礦戶外雙層智能柜的高溫性能設(shè)計(jì)與分析

李育文　周美娟　劉建秀　王勝永

摘要：針對煤礦戶外雙層智能柜在運(yùn)行中易發(fā)生高溫故障甚至爆炸的問題，以計(jì)算流體動力學(xué)CFD為基礎(chǔ)，運(yùn)用Fluent軟件進(jìn)行分析，根據(jù)煤礦戶外雙層智能柜的結(jié)構(gòu)、工作條件等，建立有限元模型，設(shè)置邊界條件.通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)模擬方案，對影響柜內(nèi)溫度的風(fēng)機(jī)排風(fēng)量Q，百葉窗排數(shù)N，智能組件的安裝位置C三因素進(jìn)行分析，得出諸因素對柜內(nèi)影響的顯著性大小依次為：Q>N>C，并從中選取最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，可使柜內(nèi)最高溫度控制在50 ℃，從而滿足國家電網(wǎng)的溫控要求.數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果之間的誤差為4.2%，驗(yàn)證了有限元模型的正確性，為戶外雙層智能柜的高溫性能設(shè)計(jì)分析提供了參考.

Abstract：For coal mine outdoor double intelligent cabinet is easy to have high temperature breakdown problems and even explode in operation，based on the computational fluid mechanics，using Fluent software analysis was made.According to the coal mine outdoor double layer structure and the working conditions etc，the finite element model was set up，and the boundary conditions were set.By orthogonal experiment，a simulation scheme was designed，the effect factors of temperature inside cabinet （exhaust air fan Q，shutter row number N and intelligent component layout C）were analyzed. It was concluded that the factors＼' influence on cabinet of significance was as follows： Q>N>C.The optimal design scheme was selected to make that the highest temperature of the cabinet was 50 ℃ ，thus meeting the requirement of temperature control of State Grid.The error between the numerical simulation and experimental results was 4.2%，which verified the correctness of the finite element simulation and provided a reference for design and analysis of high temperature performance outdoor double intelligent cabinet.

0引言

隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，智能化控制設(shè)備越來越普及.在戶外無遮擋的情況下，夏季環(huán)境溫度一般達(dá)到40 ℃，甚至?xí)?，加上太陽輻射及元件的發(fā)熱，有可能使密閉機(jī)柜內(nèi)部的溫度超過允許范圍.裝置長時(shí)間地在超負(fù)荷高溫下運(yùn)行，會使電器元件的性能降低，產(chǎn)生故障影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至爆炸[1-3].

關(guān)于戶外智能柜的溫控，朱云霄等[4]研究了戶外智能柜的熱設(shè)計(jì)，闡述了戶外智能柜機(jī)柜散熱和保溫設(shè)計(jì)，特別是對熱設(shè)計(jì)中最常用的風(fēng)機(jī)散熱應(yīng)考慮的問題及風(fēng)機(jī)的選型做了較詳盡的論述，但是沒有從戶外智能柜的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析.張洋等[5] 對不同的散熱方式做了簡單的闡述，重點(diǎn)研究了風(fēng)機(jī)散熱的方案，為戶外控制柜的散熱方案選型提供了依據(jù)，但是沒有對其他影響因素做詳細(xì)的分析.

煤礦戶外雙層智能柜的工作環(huán)境惡劣，要求戶外雙層智能柜具有防塵、防水和防太陽輻射的功能[6].如何控制好戶外智能柜內(nèi)部的溫度，給設(shè)備提供良好的運(yùn)行環(huán)境，是戶外雙層智能柜設(shè)計(jì)及系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在.本文擬通過模擬試驗(yàn)，主要研究風(fēng)機(jī)排風(fēng)量、百葉窗排數(shù)、智能組件的安裝位置3種因素對柜內(nèi)溫度的影響規(guī)律，以期為戶外雙層智能柜的高溫性能設(shè)計(jì)分析提供參考.

1戶外雙層智能柜的溫度邊界條件

戶外雙層智能柜內(nèi)裝有4臺40 W的智能組件，柜體頂部裝有兩個(gè)大功率的風(fēng)機(jī).左室為傳統(tǒng)室，傳統(tǒng)室里面放置端子與排線槽，發(fā)熱元件很少.右室為智能室，安裝4臺智能裝置.主要的發(fā)熱量集中在智能室，即發(fā)熱主要是由戶外智能組件帶來的.雙層柜的結(jié)構(gòu)見圖1，空氣流通示意圖見圖2.

戶外雙層智能柜的空氣流通主要有兩個(gè)途徑：途徑一如圖2a）所示（其中1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12為溫度測試點(diǎn)），空氣從側(cè)板下面的百葉窗流進(jìn)，流經(jīng)外側(cè)和內(nèi)側(cè)板的縫隙，從側(cè)板上面的百葉窗流出，流動的方式為自由對流；途徑二如圖2b）所示，空氣通過門板的百葉窗進(jìn)入柜內(nèi)，途經(jīng)智能組件，然后被頂部的兩臺風(fēng)機(jī)排出，其流通方式屬于強(qiáng)制對流.

考慮到側(cè)板處的空氣流通方式為自由對流，柜內(nèi)外的壓力差很小，側(cè)板處的空氣流通可忽略不計(jì)，故主要考慮門板上百葉窗的空氣流通（強(qiáng)制對流）.利用Gambit軟件建立有限元模型，節(jié)點(diǎn)數(shù)1 181 709，見圖3.

計(jì)算選用Simple算法，采用三維不可壓縮

2數(shù)值模擬方案及影響因素分析

2.1模擬方案

采用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)模擬方案，其目的主要是考查風(fēng)機(jī)排量Q，百葉窗排數(shù)N和智能組件的安裝位置C對戶外雙層智能柜內(nèi)溫度的影響規(guī)律.智能組件的布置情況分為圖4a）b）c）3種情況.

二、創(chuàng)新熏陶育人機(jī)制

“人創(chuàng)造環(huán)境，同樣，環(huán)境也創(chuàng)造人?！盵3]社會主義核心價(jià)值觀的培育受環(huán)境的影響和制約，“與善人居，如入芝蘭之室，久而自芳也”，要重視環(huán)境的熏陶作用。培育社會主義核心價(jià)值觀要創(chuàng)新熏陶育人機(jī)制，發(fā)揮校園文化隱性育人的作用。高校要堅(jiān)持用社會主義核心價(jià)值觀統(tǒng)領(lǐng)校園文化建設(shè)，大力挖掘校園文化中蘊(yùn)涵的社會主義核心價(jià)值觀內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)社會主義核心價(jià)值觀與學(xué)校的特色校園文化傳統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。[4]應(yīng)把社會主義核心價(jià)值觀的培育融入到校園文化建設(shè)中，打造特色魅力校園。

1.把社會主義核心價(jià)值觀培育融入學(xué)校制度建設(shè)中

制度是以條文的形式對師生員工行為進(jìn)行規(guī)范，學(xué)校在制定制度時(shí)要體現(xiàn)社會主義核心價(jià)值觀的要求。學(xué)生守則、績效考核辦法、獎懲措施、黨代會和教代會制度、教學(xué)科研行政和學(xué)生工作管理制度、助學(xué)金獎學(xué)金和獎教金評定細(xì)則、職稱評聘規(guī)定等高校規(guī)章制度的制定，應(yīng)發(fā)揚(yáng)民主、遵循法制，體現(xiàn)平等、公平和公正。學(xué)校各項(xiàng)規(guī)章制度的制定和執(zhí)行只有遵循了社會主義核心價(jià)值觀的要求，才能激發(fā)廣大師生的積極性和創(chuàng)造性，才能增強(qiáng)學(xué)校的凝聚力和向心力，也才能更有利于社會主義核心價(jià)值觀的培育。

2.把社會主義核心價(jià)值觀培育融入校園文化活動中

校園文化活動是培育社會主義核心價(jià)值觀、建設(shè)和諧校園的重要載體，通過校園文化活動，可以增強(qiáng)社會主義核心價(jià)值觀教育的生動性、感染力、參與度和長效性，引導(dǎo)大學(xué)生理解社會主義核心價(jià)值觀的深刻內(nèi)涵，自覺成為社會主義核心價(jià)值觀的傳播者和踐行者。[5]高校應(yīng)實(shí)現(xiàn)校園文化活動的常態(tài)化和長效化，多出文化精品和新品；把愛國精神的培育融入“五四”唱紅歌、抗戰(zhàn)勝利紀(jì)念、建黨建軍節(jié)紀(jì)念、國慶、工會、升旗和新生軍訓(xùn)等活動中；把公平、公正、民主和誠信意識的培育，融入到先進(jìn)班集體的評選、優(yōu)團(tuán)優(yōu)干的評選、班委的組建、獎學(xué)金助學(xué)金和獎教金的評定、紅旗團(tuán)支部和先進(jìn)黨支部的評選、優(yōu)秀班主任和輔導(dǎo)員的評選、職稱評定、績效考核和干部選拔任用等活動中；把文明、和諧等社會主義核心價(jià)值觀的培育，融入到迎新、主題班會、畢業(yè)生離校等活動中；把文明、友善與和諧等的培育融入到團(tuán)日活動、黨支部立項(xiàng)活動、青年志愿者活動和文明宿舍評選活動中；把誠信美德的培育融入到考試和求職就業(yè)等活動中；利用好新生入學(xué)教育、入黨入團(tuán)入職宣誓、秋季運(yùn)動會、法制宣傳日、學(xué)習(xí)雷鋒周、社會主義核心價(jià)值觀宣傳月、校園文化藝術(shù)節(jié)、校際交流賽、周末影院、模擬法庭、道德講堂、暑期社會實(shí)踐、校訓(xùn)?；招８栊Ｊ方榻B等活動，積極培育社會主義核心價(jià)值觀。

3.把社會主義核心價(jià)值觀培育融入教育教學(xué)活動中

“國無常俗，教則移風(fēng)”（唐代白居易《策林一·策項(xiàng)》）。學(xué)生的心靈如同一片凈土，播下什么種子就結(jié)什么果，社會主義核心價(jià)值觀的培育離不開教育?！敖痰闷涞?，則士樂為用，教不得法，雖朝督暮責(zé)，無益于事矣?！保ㄋ未钜荨短评顔枌Α肪砩希┧枷胝卫碚撜n和相關(guān)專業(yè)課應(yīng)根據(jù)形勢發(fā)展需要進(jìn)行改革，應(yīng)將社會主義核心價(jià)值觀的內(nèi)容滲透到教學(xué)活動中。在思想政治理論課教學(xué)中，應(yīng)讓學(xué)生完成以社會主義核心價(jià)值觀為主題的創(chuàng)新性作業(yè)或期中期末考核任務(wù)，比如讓學(xué)生完成以社會主義核心價(jià)值觀為主題的繪畫、書法、手工制作、攝影、手抄報(bào)和畫冊制作、詩歌散文和歌曲創(chuàng)作、公益廣告制作、動漫微電影和短視頻拍攝、情景劇表演、問卷調(diào)查、朗誦、演講、辯論等。

4.把社會主義核心價(jià)值觀培育融入校園宣傳活動中

高校應(yīng)注重運(yùn)用校園社交網(wǎng)絡(luò)、微博、微信等平臺，充分發(fā)揮校園媒體的作用?？梢杂眠B環(huán)畫、公益宣傳片等方式，對社會主義核心價(jià)值觀進(jìn)行故事化表達(dá)、藝術(shù)化升華和形象化展示，褒揚(yáng)身邊的好人好事，抵制各種不正之風(fēng)，增強(qiáng)宣傳的吸引力和感染力，達(dá)到宣傳效果。近年來，各類媒體集中推出一批公益廣告，有力弘揚(yáng)了新風(fēng)正氣。例如，2013年5月30日，“講文明 樹新風(fēng)”首屆全國平面公益廣告大賽正式啟動，面向社會公眾廣泛征集公益廣告作品。[6]高校可以加以借鑒，向師生征集以社會主義核心價(jià)值觀為主題的作品，并在校園中或網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行展示或展播。

高校應(yīng)樹立大宣傳觀，發(fā)揮專家學(xué)者、輔導(dǎo)員、班主任、黨委、團(tuán)委、學(xué)生會、社團(tuán)、院系新聞聯(lián)絡(luò)員、班級宣傳員和網(wǎng)絡(luò)宣傳員等的作用，把社會主義核心價(jià)值觀作為宣傳的重點(diǎn)。在對社會主義核心價(jià)值觀進(jìn)行集中宣傳時(shí)應(yīng)注意方式，講究方法，做到：深入調(diào)查、選好典型，使典型可親、可敬、可信、可學(xué)；典型定位，選準(zhǔn)角度，充分發(fā)揮先進(jìn)典型的示范激勵(lì)作用；精心設(shè)計(jì)，嚴(yán)密組織，運(yùn)籌帷幄，胸有成竹；集中宣傳，形成聲勢，對重大典型大張旗鼓地宣傳；控制總量，把握節(jié)奏，強(qiáng)計(jì)劃性，增強(qiáng)針對性和實(shí)效性；立足推廣，注重實(shí)效，堅(jiān)持實(shí)事求是，防止形式主義。[7]

三、創(chuàng)新實(shí)踐養(yǎng)成機(jī)制

社會主義核心價(jià)值觀的生命力和落腳點(diǎn)在于指導(dǎo)實(shí)踐。社會主義核心價(jià)值觀要真正發(fā)揮引領(lǐng)作用，需要融入社會生活，讓人們在實(shí)踐中感知和領(lǐng)悟?！叭藷o常心，習(xí)以成性”（唐代白居易《策林一·策項(xiàng)》）。道，貴在踐行和堅(jiān)持。習(xí)近平總書記號召廣大青年要把正確的道德認(rèn)知、自覺的道德養(yǎng)成與積極的道德實(shí)踐緊密結(jié)合起來，自覺樹立和踐行社會主義核心價(jià)值觀，帶頭倡導(dǎo)良好社會風(fēng)氣。[1]52-53社會主義核心價(jià)值觀的培育需要實(shí)踐養(yǎng)成，要鼓勵(lì)大學(xué)生從自己做起，從身邊的點(diǎn)滴小事做起。最小的善行勝過最大的善念，要引導(dǎo)大學(xué)生自覺把社會主義核心價(jià)值觀作為自己的行為規(guī)范，將之融入到自己的日常生活中。要在志愿服務(wù)活動中領(lǐng)悟崇高、感受光榮，使凡人善舉成為生活的常態(tài)，自覺崇德向善、修身律己。

應(yīng)使學(xué)雷鋒等志愿服務(wù)活動常態(tài)化。高校應(yīng)持續(xù)開展形式多樣、內(nèi)容豐富的學(xué)雷鋒活動，動員廣大師生積極參與到活動中來，廣泛開展扶貧濟(jì)困、尊老助殘、便民利民等志愿服務(wù)活動。應(yīng)廣泛開展“善行100活動”，推動建立人人參與、形式多樣、活動經(jīng)常、機(jī)制健全的社會志愿服務(wù)體系。應(yīng)根據(jù)《中國社會服務(wù)志愿者隊(duì)伍建設(shè)指導(dǎo)綱要（2013—2020年）》的要求，從規(guī)范招募注冊、深化教育培訓(xùn)、加強(qiáng)記錄管理、完善評價(jià)激勵(lì)、加快平臺建設(shè)、推進(jìn)服務(wù)展開6個(gè)方面完善對社會志愿者隊(duì)伍的建設(shè)。應(yīng)加強(qiáng)對志愿服務(wù)活動的報(bào)道，運(yùn)用文藝形式大力弘揚(yáng)雷鋒精神和志愿服務(wù)精神。