煤矿户外双层智能柜的高温性能设计与分析
李育文 周美娟 刘建秀 王胜永
摘要：针对煤矿户外双层智能柜在运行中易发生高温故障甚至爆炸的问题，以计算流体动力学CFD为基础，运用Fluent软件进行分析，根据煤矿户外双层智能柜的结构、工作条件等，建立有限元模型，设置边界条件.通过正交试验设计模拟方案，对影响柜内温度的风机排风量Q，百叶窗排数N，智能组件的安装位置C三因素进行分析，得出诸因素对柜内影响的显著性大小依次为：Q>N>C，并从中选取最优设计方案，可使柜内最高温度控制在50 ℃，从而满足国家电网的温控要求.数值模拟与试验结果之间的误差为4.2%，验证了有限元模型的正确性，为户外双层智能柜的高温性能设计分析提供了参考.
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
随着煤炭工业的发展，智能化控制设备越来越普及.在户外无遮挡的情况下，夏季环境温度一般达到40 ℃，甚至会更高，加上太阳辐射及元件的发热，有可能使密闭机柜内部的温度超过允许范围.装置长时间地在超负荷高温下运行，会使电器元件的性能降低，产生故障影响系统的正常运行，甚至爆炸[1-3].
关于户外智能柜的温控，朱云霄等[4]研究了户外智能柜的热设计，阐述了户外智能柜机柜散热和保温设计，特别是对热设计中最常用的风机散热应考虑的问题及风机的选型做了较详尽的论述，但是没有从户外智能柜的结构上进行分析.张洋等[5] 对不同的散热方式做了简单的阐述，重点研究了风机散热的方案，为户外控制柜的散热方案选型提供了依据，但是没有对其他影响因素做详细的分析.
煤矿户外双层智能柜的工作环境恶劣，要求户外双层智能柜具有防尘、防水和防太阳辐射的功能[6].如何控制好户外智能柜内部的温度，给设备提供良好的运行环境，是户外双层智能柜设计及系统稳定运行的关键所在.本文拟通过模拟试验，主要研究风机排风量、百叶窗排数、智能组件的安装位置3种因素对柜内温度的影响规律，以期为户外双层智能柜的高温性能设计分析提供参考.
1户外双层智能柜的温度边界条件
户外双层智能柜内装有4台40 W的智能组件，柜体顶部装有两个大功率的风机.左室为传统室，传统室里面放置端子与排线槽，发热元件很少.右室为智能室，安装4台智能装置.主要的发热量集中在智能室，即发热主要是由户外智能组件带来的.双层柜的结构见图1，空气流通示意图见图2.
户外双层智能柜的空气流通主要有两个途径：途径一如图2a）所示（其中1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12为温度测试点），空气从侧板下面的百叶窗流进，流经外侧和内侧板的缝隙，从侧板上面的百叶窗流出，流动的方式为自由对流；途径二如图2b）所示，空气通过门板的百叶窗进入柜内，途经智能组件，然后被顶部的两台风机排出，其流通方式属于强制对流.
考虑到侧板处的空气流通方式为自由对流，柜内外的压力差很小，侧板处的空气流通可忽略不计，故主要考虑门板上百叶窗的空气流通（强制对流）.利用Gambit软件建立有限元模型，节点数1 181 709，见图3.
计算选用Simple算法，采用三维不可压缩
2数值模拟方案及影响因素分析
2.1模拟方案
采用正交试验法设计模拟方案，其目的主要是考查风机排量Q，百叶窗排数N和智能组件的安装位置C对户外双层智能柜内温度的影响规律.智能组件的布置情况分为图4a）b）c）3种情况.
二、创新熏陶育人机制
“人创造环境，同样，环境也创造人。”[3]社会主义核心价值观的培育受环境的影响和制约，“与善人居，如入芝兰之室，久而自芳也”，要重视环境的熏陶作用。培育社会主义核心价值观要创新熏陶育人机制，发挥校园文化隐性育人的作用。高校要坚持用社会主义核心价值观统领校园文化建设，大力挖掘校园文化中蕴涵的社会主义核心价值观内容，实现社会主义核心价值观与学校的特色校园文化传统有机结合。[4]应把社会主义核心价值观的培育融入到校园文化建设中，打造特色魅力校园。
1.把社会主义核心价值观培育融入学校制度建设中
制度是以条文的形式对师生员工行为进行规范，学校在制定制度时要体现社会主义核心价值观的要求。学生守则、绩效考核办法、奖惩措施、党代会和教代会制度、教学科研行政和学生工作管理制度、助学金奖学金和奖教金评定细则、职称评聘规定等高校规章制度的制定，应发扬民主、遵循法制，体现平等、公平和公正。学校各项规章制度的制定和执行只有遵循了社会主义核心价值观的要求，才能激发广大师生的积极性和创造性，才能增强学校的凝聚力和向心力，也才能更有利于社会主义核心价值观的培育。
2.把社会主义核心价值观培育融入校园文化活动中
校园文化活动是培育社会主义核心价值观、建设和谐校园的重要载体，通过校园文化活动，可以增强社会主义核心价值观教育的生动性、感染力、参与度和长效性，引导大学生理解社会主义核心价值观的深刻内涵，自觉成为社会主义核心价值观的传播者和践行者。[5]高校应实现校园文化活动的常态化和长效化，多出文化精品和新品；把爱国精神的培育融入“五四”唱红歌、抗战胜利纪念、建党建军节纪念、国庆、工会、升旗和新生军训等活动中；把公平、公正、民主和诚信意识的培育，融入到先进班集体的评选、优团优干的评选、班委的组建、奖学金助学金和奖教金的评定、红旗团支部和先进党支部的评选、优秀班主任和辅导员的评选、职称评定、绩效考核和干部选拔任用等活动中；把文明、和谐等社会主义核心价值观的培育，融入到迎新、主题班会、毕业生离校等活动中；把文明、友善与和谐等的培育融入到团日活动、党支部立项活动、青年志愿者活动和文明宿舍评选活动中；把诚信美德的培育融入到考试和求职就业等活动中；利用好新生入学教育、入党入团入职宣誓、秋季运动会、法制宣传日、学习雷锋周、社会主义核心价值观宣传月、校园文化艺术节、校际交流赛、周末影院、模拟法庭、道德讲堂、暑期社会实践、校训校徽校歌校史介绍等活动，积极培育社会主义核心价值观。
3.把社会主义核心价值观培育融入教育教学活动中
“国无常俗，教则移风”（唐代白居易《策林一·策项》）。学生的心灵如同一片净土，播下什么种子就结什么果，社会主义核心价值观的培育离不开教育。“教得其道，则士乐为用，教不得法，虽朝督暮责，无益于事矣。”（宋代阮逸《唐李问对》卷上）思想政治理论课和相关专业课应根据形势发展需要进行改革，应将社会主义核心价值观的内容渗透到教学活动中。在思想政治理论课教学中，应让学生完成以社会主义核心价值观为主题的创新性作业或期中期末考核任务，比如让学生完成以社会主义核心价值观为主题的绘画、书法、手工制作、摄影、手抄报和画册制作、诗歌散文和歌曲创作、公益广告制作、动漫微电影和短视频拍摄、情景剧表演、问卷调查、朗诵、演讲、辩论等。
4.把社会主义核心价值观培育融入校园宣传活动中
高校应注重运用校园社交网络、微博、微信等平台，充分发挥校园媒体的作用。可以用连环画、公益宣传片等方式，对社会主义核心价值观进行故事化表达、艺术化升华和形象化展示，褒扬身边的好人好事，抵制各种不正之风，增强宣传的吸引力和感染力，达到宣传效果。近年来，各类媒体集中推出一批公益广告，有力弘扬了新风正气。例如，2013年5月30日，“讲文明 树新风”首届全国平面公益广告大赛正式启动，面向社会公众广泛征集公益广告作品。[6]高校可以加以借鉴，向师生征集以社会主义核心价值观为主题的作品，并在校园中或网络上进行展示或展播。
高校应树立大宣传观，发挥专家学者、辅导员、班主任、党委、团委、学生会、社团、院系新闻联络员、班级宣传员和网络宣传员等的作用，把社会主义核心价值观作为宣传的重点。在对社会主义核心价值观进行集中宣传时应注意方式，讲究方法，做到：深入调查、选好典型，使典型可亲、可敬、可信、可学；典型定位，选准角度，充分发挥先进典型的示范激励作用；精心设计，严密组织，运筹帷幄，胸有成竹；集中宣传，形成声势，对重大典型大张旗鼓地宣传；控制总量，把握节奏，强计划性，增强针对性和实效性；立足推广，注重实效，坚持实事求是，防止形式主义。[7]
三、创新实践养成机制
社会主义核心价值观的生命力和落脚点在于指导实践。社会主义核心价值观要真正发挥引领作用，需要融入社会生活，让人们在实践中感知和领悟。“人无常心，习以成性”（唐代白居易《策林一·策项》）。道，贵在践行和坚持。习近平总书记号召广大青年要把正确的道德认知、自觉的道德养成与积极的道德实践紧密结合起来，自觉树立和践行社会主义核心价值观，带头倡导良好社会风气。[1]52-53社会主义核心价值观的培育需要实践养成，要鼓励大学生从自己做起，从身边的点滴小事做起。最小的善行胜过最大的善念，要引导大学生自觉把社会主义核心价值观作为自己的行为规范，将之融入到自己的日常生活中。要在志愿服务活动中领悟崇高、感受光荣，使凡人善举成为生活的常态，自觉崇德向善、修身律己。
应使学雷锋等志愿服务活动常态化。高校应持续开展形式多样、内容丰富的学雷锋活动，动员广大师生积极参与到活动中来，广泛开展扶贫济困、尊老助残、便民利民等志愿服务活动。应广泛开展“善行100活动”，推动建立人人参与、形式多样、活动经常、机制健全的社会志愿服务体系。应根据《中国社会服务志愿者队伍建设指导纲要（2013—2020年）》的要求，从规范招募注册、深化教育培训、加强记录管理、完善评价激励、加快平台建设、推进服务展开6个方面完善对社会志愿者队伍的建设。应加强对志愿服务活动的报道，运用文艺形式大力弘扬雷锋精神和志愿服务精神。
