新型铁路罐车加热系统研究

摘要

铁路运输具有运量大、安全、节能、环保的优势，在我国一直占据运输市场的主导地位。铁路罐车用以运输液体、液化气体和粉末状货物，占我国货车总数的约15％。粘油、黄磷等货物在低温时易凝固或者粘度增大，流动性变差，给装、卸车带来困难。为了使凝固的货物熔化或者降低货物的粘度，在卸货时需加热货物，因此罐车常设有加温装置。而罐车加温装置的性能是衡量罐车性能的一个重要指标。
　　对我国铁路罐车发展历程进行综述，简介了内外加温装置的结构特点。以新型铁路黄磷罐车为研究对象，应用ANSYS有限元分析软件，对罐车各主要工况的结构强度、刚度进行分析计算。结果表明，新型黄磷罐车车体钢结构的静强度符合TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》的规定。在车体底架中梁中心孔处，枕梁腹板处，鞍座与罐体连接处和鞍座侧板处等位置应力值较大。
　　模拟计算指出黄磷罐车加热卸车的主要影响因素。应用ANSYS-Fluent流体分析软件对黄磷罐车加热过程进行仿真模拟，得出了加温套、罐体和换热表面的温度场分布、流场分布，罐体内温度随加热时间变化的规律，并计算得到了加热到卸货温度所需的时间。然后与实际卸车加温试验结果进行对比。最后分析了进气量、进气温度对罐车加热性能的影响。
　　计算结果表明，罐体内黄磷平均温度随着加热时间的增长基本保持上升的趋势。传热初期热传导起主要作用，传热量相对较小;中期黄磷熔化需要大量的熔化热，平均温度基本保持在熔化温度;后期自然对流起主导作用，传热效果显著。黄磷熔化之后的自然对流分为两种形式:一种由罐体中部底端开始直接向上流动，另一种沿着封头处的罐壁向上流动且伴有小的旋涡。环境温度对加热时间影响较大，进气温度越高进气量越大，罐体内黄磷平均温度上升越快。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文选题背景

1．2 国外铁路罐车加热系统研究简介

1．2．1 美国

1．2．2 前苏联

1．3 国内铁路罐车加热系统研究简介

1．3．1 G17型粘油罐车

1．3．2 GN70型粘油罐车

1．3．3 其他罐车

1．3．4 加热装置失效研究

1．3．5 内加温管路结构设计

1．4 计算流体力学发展简介

1．5 本论文的主要工作

第2章 铁路黄磷罐车介绍

2．1 铁路运输黄磷的方式

2．2 主要技术参数

2．2．1 主要性能参数

2．2．2 主要尺寸参数

2．3 铁路黄磷罐车结构介绍

2．3．1 罐体

2．3．2 底架

2．3．3 罐体与底架连接方式

2．4 铁路黄磷罐车加热系统介绍

2．5 本章小结

第3章 铁路黄磷罐车结构强度分析

3．1 有限元分析模型

3．2 载荷工况

3．2．1 计算载荷

3．2．2 载荷工况组合

3．3 评定标准

3．4 计算结果与评定

3．4．1 车体刚度计算结果与评定

3．4．2 车体强度计算结果与评定

3．5 车体模态分析

3．6 本章小结

第4章 铁路黄磷罐车加热系统模型

4．1 加热系统理论分析

4．1．1 加热过程理论分析

4．1．2 加热过程影响因素

4．1．3 罐车加热时间计算

4．2 加热系统仿真基础

4．2．1 计算流体力学简介

4．2．2 仿真软件介绍

4．2．3 仿真过程介绍

4．3 仿真模型介绍

4．3．1 有限体积分析模型

4．3．2 边界条件和材料属-l生

4．3．3 自然对流模型

4．3．4 凝固熔化模型

4．4．5 多相流模型

4．4．6 蒸发冷凝模型

4．5 本章小结

第5章 仿真分析结果

5．1 工况1计算结果

5．2 工况2计算结果

5．3 工况3计算结果

5．4 工况4计算结果

5．5 工况5计算结果

5．6 结果分析

5．7 本章小结

第6章 试验分析与展开研究

6．1 试验简介

6．2 仿真试验对比

6．3 进气口温度条件研究

6．3．1 工况1

6．3．2 工况2

6．3．3 工况3

6．3．4 工况4

6．3．5 工况5

6．3．6 结果分析

6．4 进气口速度流量条件研究

6．4．1 工况1

6．4．2 工况2

6．4．3 工况3

6．4．4 工况4

6．4．5 工况5

6．4．6 结果分析

6．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果