保温电池舱的有限元分析

□ 吴俊飞 □徐 珂 □王 豪

青岛科技大学 机电工程学院 山东青岛 266061

1 分析背景

潜标技术于20世纪50年代初首先在美国发展起来[1]。海洋潜标作为一种海洋无人值守的观测系统,具有在海洋水下环境长期、连续、定点获取不同深度剖面海流、温度、盐度、内波等水文资料的能力,兼备隐蔽、稳定与机动性好等优点,深受海洋科技工作者的青睐[2]。由于水下光学传感器传输数据量大,工作时间长,因此往往需要外接一个电池舱。电池舱在深海中不仅要满足强度要求与稳定性要求,而且要满足保温效果要求,确保电池在最为合适的环境中工作。

海水的水温一般维持在-2～30 ℃,其中，年平均水温超过20 ℃的区域占整个海洋面积的一半以上[3]。直接观测表明,世界各大洋海水温度一般随海水深度的增加而降低。在低纬度海区,深度在350 m以内海水温度降低的速率最大,350 m深度海水特征温度为12 ℃。350～2 000 m深度海水温度降低的速率较大,2 000 m深度海水特征温度为2 ℃。2 000～4 000 m深度海水温度降低的速率较缓,4 000 m深度海水特征温度为1 ℃。4 000 m深度以下海水特征温度基本保持不变[4]。换言之,500 m深时,水温基本都在10 ℃以下;1 000 m深时,水温基本都在5 ℃以下;2 000 m深度以下,水温基本都在2 ℃以下。

目前能够使用的海洋观测电池,在深海低温条件下放电能力大多只能达到50%,个别能够达到70%，但因安全性问题不宜采用。海洋观测电池更换非常不易,为保证电池始终处于合适的工作温度,采用增加聚氨酯保温层的方法为电池保温。为确定保温层厚度,笔者应用ANSYS Workbench软件进行热分析,在舱体材料、环境和边界条件都相同的情况下，分析不同保温层厚度时保温电池舱的温度分布情况。……