液冷服中的流动与传热及其系统研制

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1、分类号学号学校代码密级博士学位论文液冷服中的流动与传热及其系统研制学位申请人：郭庭辉学科专业：工程热物理指导教师：罗小兵教授■答辩日期：年月日AThesisSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringFlowandHeatTransferinLiquidCoolingGarmentandItsSystemDevelopmentPh.D.Candidate：：：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，

2、除文中己经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研宄成果。对本文的研宄做出贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。曰期：乂夂年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密乂请在以上方框内打“”）学位

3、论文作者签名：指导教师签名：曰期：年岁月⋯曰曰期：年《月曰华中科技大学博士学位论文摘要当环境温度高于°时，人体的自我调节散热途径不足以散发机体活动所产生的热量，就会导致热量在体内蓄积，形成热应激，使注意力降低，并容易诱发事故。长时间处于热应激状态会造成人体热调节机能失调，引发高温中暑或热衰竭症状，甚至导致心血管疾病加重乃至死亡。为了有效降低高温环境下的人体温度，保障人的身体健康，提高工作效率，降低事故发生率，液体冷却服的开发与研宄具有十分重要的现实意义。本论文围绕液冷服系统的设计及存在的流动与传热过程进行研宄，并取得了以下成果：实现了一款符合其液冷服系统的特殊应用需求的

4、微型泵的研制。分析了液冷服系统的流动阻力和管网特性曲线，以经典离心泵速度系数法设计理论为基础，结合加大流量设计法、部分流泵设计法和面积比原理等优化理论与方法，设计了微型泵的主要参数，并通过三维数值模拟分析了微型泵内部的非定常流动流场特点；开展了微型泵的性能测试，得到数值模拟与实验值之间的误差小于，验证了数值模拟优化的有效性。最终完成的微型泵扬程达，到，流量达到，而其体积大小仅为，重量仅。建立了人体液冷服环境系统传热模型。从人体热平衡方程出发，依据热量在液冷服系统内的传递路径，分析了传热过程中的对流传热、导热传热和辐射传热，给出了各个部分相应热阻的计算表达式。建立了人体液

5、冷服环境系统的理论传热模型，并通过实验证明理论模型的相对误差值小于。针对换热管路的微元段进行传热研究，构建了换热管内冷却液的温度与管路长度之间的关系式。通过进一步的积分运算，推导得到了液冷服总体冷却能力和体积流量、环境温度、管路入口温度以及相关传热系数之间的理论方程。完成了液冷服系统的整体设计与样品研制。通过针对应用特点的需求分析，明确液冷服的设计目标指标；阐述了液冷服系统的三个核心部件微型泵、换热管网、冷源装置的重要性。最终研制得到的液冷服样品最大冷却能力为，最长可华中科技大学博士学位论文持续工作时间为小时，重量约。提出简易温控假人测试法，搭建了液冷服的性能测试平台。

6、分析了暖体假人测试法和蒸发加热板法应用于液冷服系统性能测试的优点和缺点，在此基础上提出了简易温控假人测试法，提出将液冷服系统的传热热阻分为液冷服与人体皮肤间的传热热阻艮以及液冷服与环境空气之间的热阻，以实现对其传热过程的准确测试和描述。提出“比可持续工作时间”的概念，定义为液冷服系统最长可持续工作时间与系统质量之比，用来评估液冷服系统的可持续工作时间的重量成本，作为不同液冷服样品之间比较的依据和设计过程中的优化准则。实例分析证明了这一评价标准的有效性。关键词：液冷服；微型泵；传热模型；数值模拟；性能测试华中科技大学博士学位论文°，，华中科技大学博士学位论文华中科技大学博

7、士学位论文目录觀研究背景意义冷却服装概述冷却服装分类及特点国内外研宄现状本文研究目的及主要内容研究的研究方法和内容全文安排原理介绍及系统结构设计系统结构原理介绍液冷服关键部件微型泵换热管网系统冷源装置液冷服设计需求分析关键问题研宄本章小结液冷服关键部件微型泵的设计及研制华中科技大学博士学位论文微型泵工作原理微型泵理论设计及模拟优化微型泵的理论设计微型泵的数值模拟优化微型泵加工制造材料选择微型泵加工工艺微型泵性能测试本章小结热环境下人体服装环境流动传热理论分析人体热平衡方程液冷服系统管网特性分析管路沿程损失与局部损失分析管路特性曲线人体服装