车载变流器百叶窗散热装置水侧传热性能的数值模拟研究

摘要

我国物博而地广，自然资源丰富但分布不均，资源型货物的产销地经常存在较大的地域空间间隔，这就使得我国对于大宗的能源、工业原材料等资源型货物的运输要求随着经济的快速发展越来越高。而要实现重载运输，更大功率的牵引机车是必备的条件，那么对于电力机车中牵引变流器的散热要求也必将愈高。电力机车运行环境较为恶劣，如空气中常含有尘埃、飘絮以及对铝制散热器有腐蚀作用的金属颗粒及酸碱盐类物质，若在散热器运行过程中维护保养不善，极易堵塞风道以致于风侧隔板腐蚀、泄露。因此，要提高散热器的散热效率，不宜将风道侧翅片复杂化而增加维护保养难度，使得风侧翅片腐蚀失效概率增加，优化水侧百叶窗翅片是现实可行途径。
　　本论文利用相关CFD软件，首先对本文所建立模型进行网格独立性验证；参考相关文献的实验数据建立仿真模型进行数值模拟，将仿真结果与相应实验研究结果进行对比验证，证明了所建模型的正确性及数值仿真技术应用于百叶窗翅片散热器性能优化研究的可行性。最后，先后采用单因素优选法和正交试验法对百叶窗翅片散热器进行性能优化研究。
　　采用单因素优选法在一定范围内分别研究三种工况下的百叶窗翅片单一结构参数如翅片间距FP、百叶窗间距Lp、百叶窗倾角Lα、翅片高度Fh、翅片厚度Fth对散热器性能的影响规律，并作了分析。通过引入散热器综合性能评价因子，获得每一结构参数在所研究范围内的较优值:翅片间距Fp=2.6mm、百叶窗间距Lp=3.6mm、百叶窗倾角L(e)=19°、翅片高度Fh=3.2mm、翅片厚度Fth=0.35mm。
　　为获得所研究范围内的百叶窗翅片散热器最优结构参数组合，在上述较优值的基础上，采用正交试验法对五个结构参数进行整体优化:利用正交试验设计方法建立五因素五水平的正交试验方案，并对全部25个结构参数组合进行了数值仿真，得到了影响散热器综合性能的五个因素的主次顺序为Fth＞Fp＞Fh＞L(e)＞Lp，并得到了较优结构参数组合。最后开展了验证实验，将正交试验方案中的综合性能最佳的实验组即第二组与计算分析获得的优选组同时验证，最终确定计算分析得到的优选组综合性能最优，即翅片间距Fp=2.4mm、百叶窗间距Lp=3.5mm、百叶窗倾角L(e)=19°、翅片高度Fh=3.1mm、翅片厚度Fth=0.32mm。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 板翅式散热器简介

1.3 板翅式散热器的研究进展

1.4 本文的主要研究内容

1.5 本章小结

第2章 百叶窗翅片的研究方法

2.1 国内外研究现状

2.2 计算流体动力学方法

2.3 百叶窗翅片散热器热水力性能的评价

2.4 本章小结

第3章 百叶窗翅片传热与流动特性的数值模拟研究

3.1 控制方程

3.2 CFD计算模型

3.3 模型验证

3.4 数据处理

3.5 本章小结

第4章 不同结构参数对百叶窗翅片散热器性能的影响分析

4.1 翅片间距F p的影响

4.2 百叶窗间距L p的影响

4.3 百叶窗倾角L(e)的影响

4.4 翅片高度F h的影响

4.5 翅片厚度Fth的影响

4.6 本章小结

第5章 百叶窗翅片散热器的综合性能优化研究

5.1 正交试验设计

5.2 本章小结

第6章 全文总结与展望

6.1 本文的主要工作与结论

6.2 展望

参考文献

作者攻读学位期间的科研成果

致谢