《中南大学》2010年硕士论文

发布时间：2016-07-06 10:52

  本文关键词：HXD_1型电力机车热环境数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

《中南大学》 2010年

HXD_1型电力机车热环境数值模拟

林若虚  

【摘要】： 随着我国铁路机车技术的不断发展,以HXD1型电力机车为代表的和谐系列大功率交流传动机车的生产与投入使用,提高了我国铁路的运能,促进了铁路装备技术的现代化。司机室空调系统是电力机车司机室的主要组成部分,机械间通风系统是电力机车得以运行的关键系统,电气屏柜散热系统是柜内低压电器设备可靠运行的重要保障。因此,对HXD1型电力机车热环境的研究具有重要意义。 本文主要以XHD1型电力机车为研究对象,采用计算流体力学CFD软件对机车司机室、机械间和电气屏柜的内部流场进行模拟。首先对司机室制冷工况下室内的舒适性与经济性做出评价,验证了该空调在最不利外界条件下能够满足室内风速和温度的要求,能够给驾驶员一个较为舒适的驾驶环境；然后比较了两种制热工况的运行效果,结果表明空调与后墙加热器共同制热模式对室内温度控制较好；针对不同回风方式进行模拟发现采用条缝回风方式使流场的均匀性以及人员的舒适性更好。 针对机械间通风散热系统,通过模拟验证了该系统在压缩机处风机开启与关闭两种情况下都能够保证机械间内风速与温度分布符合标准要求；对系统风量以及排风方式对流场的影响进行研究发现,通风风量能够有效控制室内的整体温度,但是高温区域的温度不会因风量的加大而显著减小,而合理设置排风口位置可以有针对性的降低室内的最高温度。 最后,建立了电气屏柜散热系统的三维模型并进行数值模拟,通过计算得出该散热系统的速度场和温度场,与实验结果相比较验证了设计的合理性；同时比较了不同风扇与不同热源位置情况下系统的散热性能,得出风扇的配置对强迫风冷流场有决定性作用,增大风扇的风量可以提高散热效果,但其散热效率随着功率的升高逐渐下降,合理的热源布局可以优化流场提高散热性能,应将发热量较大的元器件放置在主气流通道上,且气流流向应与器件附近热浮升力方向相同。 本课题的研究表明了采用数值模拟方法来分析优化电力机车空调及通风散热系统是可行的,文中对气流组织的合理建议为电力机车空调通风系统的设计提供了有价值的参考依据。

【关键词】：
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU831
【目录】：

摘要3-4

ABSTRACT4-6

目录6-9

第一章 绪论9-20

1.1 引言9-10

1.2 司机室空调系统10-13

1.2.1 司机室空调系统的演变发展10

1.2.2 司机室空调系统的安装方式10-12

1.2.3 车辆空调系统研究现状12-13

1.3 电力机车通风散热系统13-15

1.3.1 机车通风系统形式14

1.3.2 国内电力机车通风冷却系统的应用及研究现状14-15

1.4 电气屏柜散热系统15-17

1.4.1 电气设备散热形式15-16

1.4.2 电气屏柜系统简介16

1.4.3 电子设备热分析研究现状16-17

1.5 本课题的研究意义及其主要工作17-20

1.5.1 研究意义17-18

1.5.2 本文的主要研究内容18-20

第二章 电力机车内部流场模拟的基本理论20-31

2.1 流动与传热问题的控制方程20-22

2.1.1 连续性方程20

2.1.2 动量方程20-21

2.1.3 能量方程21

2.1.4 流动与传热问题控制方程的通用形式21-22

2.2 湍流的数值模拟22-27

2.2.1 湍流模型数值模拟方法22-23

2.2.2 湍流对流换热的Reynolds时均方程23-24

2.2.3 湍流模型24-27

2.3 数值计算方法27-29

2.3.1 有限体积法27-28

2.3.2 控制方程的离散28

2.3.3 流场计算算法28-29

2.3.4 求解代数方程组29

2.4 相关CFD软件介绍29-30

2.5 本章小结30-31

第三章 司机室空调系统气流组织模拟31-49

3.1 HXD_1型电力机车司机室空调系统概述31

3.2 司机室计算区域的确定和简化31-32

3.3 网格的生成32-34

3.4 数值计算方法34

3.5 边界条件的确定34-37

3.5.1 制冷工况边界条件34-37

3.5.2 空调系统制热工况边界条件37

3.5.3 空调与后墙加热器共同制热工况边界条件37

3.6 计算结果分析与讨论37-47

3.6.1 气流组织评价指标37-39

3.6.2 制冷工况计算结果与分析39-42

3.6.3 制热工况计算结果与分析42-45

3.6.4 修改回风方式后模型计算结果与分析45-47

3.7 本章小结47-49

第四章 机械间通风系统气流组织模拟49-62

4.1 HXD_1型电力机车机械间通风系统模式49-50

4.2 机械间计算区域的确定和简化50

4.3 网格的生成50-51

4.4 数值计算方法51

4.5 边界条件的确定51-53

4.6 计算结果分析及讨论53-56

4.7 不同工况下机械间气流组织研究56-60

4.7.1 机械间气流组织方案56-57

4.7.2 压缩机间歇运行工况下模型计算结果与分析57-58

4.7.3 送风量变化模型计算结果与分析58-60

4.7.4 改变排风方式模型计算结果与分析60

4.8 本章小结60-62

第五章 电气屏柜散热系统气流组织模拟62-74

5.1 电气屏柜计算区域的确定和简化62-63

5.2 网格的生成63-64

5.3 数值计算方法64

5.4 边界条件的确定64-67

5.5 结果分析与优化讨论67-73

5.5.1 计算结果及与实验比较分析67-69

5.5.2 风扇配置对散热性能的影响69-72

5.5.3 热源位置对散热性能的影响72-73

5.6 本章小结73-74

第六章 结论与展望74-76

参考文献76-81

致谢81-82

攻读硕士期间主要研究成果82

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  本文关键词：HXD_1型电力机车热环境数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：66108