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《中南大學(xué)》 2010年

HXD_1型電力機(jī)車熱環(huán)境數(shù)值模擬

林若虛  

【摘要】： 隨著我國鐵路機(jī)車技術(shù)的不斷發(fā)展,以HXD1型電力機(jī)車為代表的和諧系列大功率交流傳動機(jī)車的生產(chǎn)與投入使用,提高了我國鐵路的運能,促進(jìn)了鐵路裝備技術(shù)的現(xiàn)代化。司機(jī)室空調(diào)系統(tǒng)是電力機(jī)車司機(jī)室的主要組成部分,機(jī)械間通風(fēng)系統(tǒng)是電力機(jī)車得以運行的關(guān)鍵系統(tǒng),電氣屏柜散熱系統(tǒng)是柜內(nèi)低壓電器設(shè)備可靠運行的重要保障。因此,對HXD1型電力機(jī)車熱環(huán)境的研究具有重要意義。 本文主要以XHD1型電力機(jī)車為研究對象,采用計算流體力學(xué)CFD軟件對機(jī)車司機(jī)室、機(jī)械間和電氣屏柜的內(nèi)部流場進(jìn)行模擬。首先對司機(jī)室制冷工況下室內(nèi)的舒適性與經(jīng)濟(jì)性做出評價,驗證了該空調(diào)在最不利外界條件下能夠滿足室內(nèi)風(fēng)速和溫度的要求,能夠給駕駛員一個較為舒適的駕駛環(huán)境；然后比較了兩種制熱工況的運行效果,結(jié)果表明空調(diào)與后墻加熱器共同制熱模式對室內(nèi)溫度控制較好；針對不同回風(fēng)方式進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)采用條縫回風(fēng)方式使流場的均勻性以及人員的舒適性更好。 針對機(jī)械間通風(fēng)散熱系統(tǒng),通過模擬驗證了該系統(tǒng)在壓縮機(jī)處風(fēng)機(jī)開啟與關(guān)閉兩種情況下都能夠保證機(jī)械間內(nèi)風(fēng)速與溫度分布符合標(biāo)準(zhǔn)要求；對系統(tǒng)風(fēng)量以及排風(fēng)方式對流場的影響進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),通風(fēng)風(fēng)量能夠有效控制室內(nèi)的整體溫度,但是高溫區(qū)域的溫度不會因風(fēng)量的加大而顯著減小,而合理設(shè)置排風(fēng)口位置可以有針對性的降低室內(nèi)的最高溫度。 最后,建立了電氣屏柜散熱系統(tǒng)的三維模型并進(jìn)行數(shù)值模擬,通過計算得出該散熱系統(tǒng)的速度場和溫度場,與實驗結(jié)果相比較驗證了設(shè)計的合理性；同時比較了不同風(fēng)扇與不同熱源位置情況下系統(tǒng)的散熱性能,得出風(fēng)扇的配置對強(qiáng)迫風(fēng)冷流場有決定性作用,增大風(fēng)扇的風(fēng)量可以提高散熱效果,但其散熱效率隨著功率的升高逐漸下降,合理的熱源布局可以優(yōu)化流場提高散熱性能,應(yīng)將發(fā)熱量較大的元器件放置在主氣流通道上,且氣流流向應(yīng)與器件附近熱浮升力方向相同。 本課題的研究表明了采用數(shù)值模擬方法來分析優(yōu)化電力機(jī)車空調(diào)及通風(fēng)散熱系統(tǒng)是可行的,文中對氣流組織的合理建議為電力機(jī)車空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計提供了有價值的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TU831
【目錄】：

摘要3-4

ABSTRACT4-6

目錄6-9

第一章 緒論9-20

1.1 引言9-10

1.2 司機(jī)室空調(diào)系統(tǒng)10-13

1.2.1 司機(jī)室空調(diào)系統(tǒng)的演變發(fā)展10

1.2.2 司機(jī)室空調(diào)系統(tǒng)的安裝方式10-12

1.2.3 車輛空調(diào)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀12-13

1.3 電力機(jī)車通風(fēng)散熱系統(tǒng)13-15

1.3.1 機(jī)車通風(fēng)系統(tǒng)形式14

1.3.2 國內(nèi)電力機(jī)車通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀14-15

1.4 電氣屏柜散熱系統(tǒng)15-17

1.4.1 電氣設(shè)備散熱形式15-16

1.4.2 電氣屏柜系統(tǒng)簡介16

1.4.3 電子設(shè)備熱分析研究現(xiàn)狀16-17

1.5 本課題的研究意義及其主要工作17-20

1.5.1 研究意義17-18

1.5.2 本文的主要研究內(nèi)容18-20

第二章 電力機(jī)車內(nèi)部流場模擬的基本理論20-31

2.1 流動與傳熱問題的控制方程20-22

2.1.1 連續(xù)性方程20

2.1.2 動量方程20-21

2.1.3 能量方程21

2.1.4 流動與傳熱問題控制方程的通用形式21-22

2.2 湍流的數(shù)值模擬22-27

2.2.1 湍流模型數(shù)值模擬方法22-23

2.2.2 湍流對流換熱的Reynolds時均方程23-24

2.2.3 湍流模型24-27

2.3 數(shù)值計算方法27-29

2.3.1 有限體積法27-28

2.3.2 控制方程的離散28

2.3.3 流場計算算法28-29

2.3.4 求解代數(shù)方程組29

2.4 相關(guān)CFD軟件介紹29-30

2.5 本章小結(jié)30-31

第三章 司機(jī)室空調(diào)系統(tǒng)氣流組織模擬31-49

3.1 HXD_1型電力機(jī)車司機(jī)室空調(diào)系統(tǒng)概述31

3.2 司機(jī)室計算區(qū)域的確定和簡化31-32

3.3 網(wǎng)格的生成32-34

3.4 數(shù)值計算方法34

3.5 邊界條件的確定34-37

3.5.1 制冷工況邊界條件34-37

3.5.2 空調(diào)系統(tǒng)制熱工況邊界條件37

3.5.3 空調(diào)與后墻加熱器共同制熱工況邊界條件37

3.6 計算結(jié)果分析與討論37-47

3.6.1 氣流組織評價指標(biāo)37-39

3.6.2 制冷工況計算結(jié)果與分析39-42

3.6.3 制熱工況計算結(jié)果與分析42-45

3.6.4 修改回風(fēng)方式后模型計算結(jié)果與分析45-47

3.7 本章小結(jié)47-49

第四章 機(jī)械間通風(fēng)系統(tǒng)氣流組織模擬49-62

4.1 HXD_1型電力機(jī)車機(jī)械間通風(fēng)系統(tǒng)模式49-50

4.2 機(jī)械間計算區(qū)域的確定和簡化50

4.3 網(wǎng)格的生成50-51

4.4 數(shù)值計算方法51

4.5 邊界條件的確定51-53

4.6 計算結(jié)果分析及討論53-56

4.7 不同工況下機(jī)械間氣流組織研究56-60

4.7.1 機(jī)械間氣流組織方案56-57

4.7.2 壓縮機(jī)間歇運行工況下模型計算結(jié)果與分析57-58

4.7.3 送風(fēng)量變化模型計算結(jié)果與分析58-60

4.7.4 改變排風(fēng)方式模型計算結(jié)果與分析60

4.8 本章小結(jié)60-62

第五章 電氣屏柜散熱系統(tǒng)氣流組織模擬62-74

5.1 電氣屏柜計算區(qū)域的確定和簡化62-63

5.2 網(wǎng)格的生成63-64

5.3 數(shù)值計算方法64

5.4 邊界條件的確定64-67

5.5 結(jié)果分析與優(yōu)化討論67-73

5.5.1 計算結(jié)果及與實驗比較分析67-69

5.5.2 風(fēng)扇配置對散熱性能的影響69-72

5.5.3 熱源位置對散熱性能的影響72-73

5.6 本章小結(jié)73-74

第六章 結(jié)論與展望74-76

參考文獻(xiàn)76-81

致謝81-82

攻讀碩士期間主要研究成果82

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7 李新洲;;嚴(yán)寒地區(qū)賓館大廳全空氣空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織[A];全國暖通空調(diào)制冷1998年學(xué)術(shù)年會資料集（1）[C];1998年

8 趙旭東;張軍偉;劉樹銓;蘇敏芳;;上送上回氣流組織在非單向流潔凈室中的應(yīng)用[A];全國暖通空調(diào)制冷1996年學(xué)術(shù)年會資料集[C];1996年

9 張昭;孟彬彬;李先庭;;體育場館建筑特征與其氣流組織關(guān)系的研究[A];全國暖通空調(diào)制冷2002年學(xué)術(shù)年會資料集[C];2002年

10 胡松濤;朱春;劉國丹;王剛;;變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)在列車客車軟臥車廂上的應(yīng)用探討研究[A];全國暖通空調(diào)制冷2006年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 本報記者 唐茹　本報通訊員 趙選團(tuán);[N];人民鐵道;2011年

2 通訊員 馬文;[N];人民鐵道;2010年

3 記者 李文峰　通訊員 顏常青;[N];湖南日報;2011年

4 本報記者 徐蘭山;[N];科技日報;2000年

5 蔣曉芬;[N];中國鐵道建筑報;2004年

6 康漢青;[N];中國計算機(jī)報;2003年

7 徐蘭山張功耀;[N];科技日報;2002年

8 記者 李春璞　通訊員 顏常青;[N];長沙晚報;2010年

9 本報記者 樊康屹　本報通訊員 楊立江 宋帥軍;[N];人民鐵道;2011年

10 ;[N];國際商報;2003年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 任艷莉;高大空間氣流組織的數(shù)值模擬與實驗研究[D];天津大學(xué);2012年

2 李娜;電力機(jī)車系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程研究[D];北京交通大學(xué);2010年

3 傅允準(zhǔn);基于DMC-PID串級控制的大溫差送風(fēng)高精度恒溫空調(diào)系統(tǒng)研究[D];同濟(jì)大學(xué);2007年

4 嵇赟喆;傳染性隔離病房的氣流組織與負(fù)壓控制數(shù)值研究[D];天津大學(xué);2005年

5 孫棟;流固耦合作用下呼吸流渦結(jié)構(gòu)演化及與氣溶膠擴(kuò)散轉(zhuǎn)捩關(guān)系研究[D];中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院;2012年

6 趙聞蕾;電氣化鐵道牽引負(fù)荷諧波檢測與補(bǔ)償方案研究[D];大連理工大學(xué);2012年

7 周明磊;電力機(jī)車牽引電機(jī)在全速度范圍的控制策略研究[D];北京交通大學(xué);2013年

8 歐陽莉;多孔太陽墻的傳熱與流動分析[D];華中科技大學(xué);2008年

9 姜國強(qiáng);弓網(wǎng)滑動電接觸摩擦磨損行為研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2010年

10 潘峰;車內(nèi)可吸入顆粒物熱運動分析[D];吉林大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 林若虛;HXD_1型電力機(jī)車熱環(huán)境數(shù)值模擬[D];中南大學(xué);2010年

2 梅啟元;空調(diào)房間氣流組織的數(shù)值計算與模擬[D];南京理工大學(xué);2002年

3 王高飛;通風(fēng)方式對氣流組織和室內(nèi)空氣品質(zhì)的模擬研究[D];河南理工大學(xué);2010年

4 薛琳;聯(lián)合采伐機(jī)駕駛室氣流組織數(shù)值模擬的研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2011年

5 賈玲;汽車制造廠焊接車間置換通風(fēng)氣流組織優(yōu)化數(shù)值研究[D];西安建筑科技大學(xué);2010年

6 張傲;體育館下送風(fēng)氣流組織模擬研究及其優(yōu)化[D];西安建筑科技大學(xué);2010年

7 翁鈺影;新型傳染病房通風(fēng)空調(diào)方案的研究[D];南京理工大學(xué);2004年

8 黃雪蓮;空調(diào)房間內(nèi)的三維非均溫氣流組織的數(shù)值研究[D];南京理工大學(xué);2003年

9 馮昕;關(guān)于SARS隔離病房及負(fù)壓隔離救護(hù)車內(nèi)氣流組織狀況的數(shù)值模擬研究[D];天津大學(xué);2004年

10 徐光芬;某體育館氣流組織的CFD分析[D];重慶大學(xué);2003年

  本文關(guān)鍵詞：HXD_1型電力機(jī)車熱環(huán)境數(shù)值模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：66108