高速列车设备舱通风散热及气动响应研究

摘要

随着列车运行速度的不断提高，列车运行过程的中的安全性能和稳定性能得到越来越广泛的关注，其中大部分影响列车安全并稳定运行的关键设备吊挂于列车设备舱内。列车运行速度提高的同时设备舱内的设备发热量也随之增大，设备对设备舱通风散热性能的要求也越来越高，同时设备舱裙板与底板等结构受到更大的气动载荷影响。
　　 本文利用CFD软件Fluent和ANSYSWorkbench结构有限元分析软件，分别建立了列车空气动力学计算模型和裙板与底板单元的结构有限元计算模型，研究了列车高速运行于明线无横风环境、明线横风环境下以及隧道通过等工况下的设备舱通风散热性能及设备舱裙板与底板单元结构响应。得到的主要结论如下:
　　 (1)当列车在明线运行时，头、尾车设备舱通风口外侧压力均为二位端高于一位端，适当调整通风口位置可以增大进出风口压差，进而有效提高设备舱通风散热性能;通风口格栅类型会影响空气进入设备舱后的流动方向，采用竖向格栅更有利于设备舱通风散热;
　　 (2)高速列车头、尾车设备舱两侧裙板通风口不对称会使列车在两种方向横风下运行时设备舱通风性能相差较大，当设备舱一位端格栅通风口处于迎风侧裙板时设备舱通风散热性能较差，反之设备舱通风散热性能较好;当列车头、尾车设备舱一位端和二位端两侧均布置通风口，在两种方向的横风环境下运行时，设备舱均具有较好的通风散热性能;
　　 (3)当列车在隧道内运行过程中，头车和尾车设备舱两端通风口之间压差随着隧道空气压力波传递而发生波动，严重影响设备舱的通风散热;
　　 (4)当高速列车在明线和隧道运行时，头车设备舱和尾车设备舱裙板与底板单元气动载荷和载荷波动位置最大分别为一位端和二位端，设备舱裙板与底板单元最大应力位置均位于裙板支架L型板处，与检修发现的列车裙板支架开裂位置相同。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 空气动力学研究现状

1．2．2 设备散热研究现状

1．3 主要研究内容

第二章 计算流体力学和结构动力学基本理论

2．1 计算流体力学基本理论

2．1．1 流动与传热的控制方程

2．1．1 湍流模型

2．1．3 数值计算方法及边界设置

2．2 结构动力学基本理论

2．2．1 控制方程

2．2．2 模态分析及瞬态动力学分析

2．2．3 气动压力载荷加载方法

第三章 高速列车设备舱通风散热性能分析

3．1 高速列车设备舱通风散热计算模型

3．1．1 列车与设备舱计算模型

3．1．2 计算区域与网格划分

3．2 高速列车设备舱流场分析

3．2．1 设备舱内外压力分布

3．2．2 设备舱流场分析

3．3 设备舱通风散热性能分析与优化模型建立

3．3．1 设备舱温度场与通风散热性能分析

3．3．2 设备舱通风散热优化模型建立

3．4 高速列车设备舱通风散热性能优化结果分析

3．4．1 优化后设备舱压力分布对比

3．4．2 优化后设备舱流场对比

3．4．3 设备舱温度场与通风散热性能优化对比

3．5 本章小结

第四章 横风对高速列车设备舱散热性能影响

4．1 横风下高速列车设备舱散热性能计算模型

4．2 横风下高速列车设备舱流场分析

4．2．1 设备舱内外压力分布

4．2．2 设备舱流场分析

4．3 横风下列车设备舱散热性能分析与优化模型建立

4．3．1 设备舱温度场与通风散热性能分析

4．3．2 设备舱通风散热优化模型建立

4．4 横风下高速列车设备舱散热性能优化结果分析

4．4．1 横风下高速列车设备舱流场优化分析

4．4．2 横风下高速列车设备舱温度场优化分析

4．5 本章小结

第五章 列车隧道通过设备舱散热性能分析

5．1 高速列车隧道运行设备舱通风散热计算模型

5．1．1 计算模型与计算区域

5．1．2 计算边界条件与网格划分

5．2 高速列车隧道通过压力分析

5．2．1 隧道壁面和列车表面压力变化

5．2．2 设备舱内外压力变化

5．3 高速列车隧道运行设备舱通风散热性能分析

5．4 本章小结

第六章 气动作用下设备舱裙板结构响应分析

6．1 设备舱裙板有限元计算模型建立

6．2 高速列车设备舱裙板模态分析

6．3 高速列车设备舱裙板气动载荷分析

6．3．1 明线运行时设备舱裙板气动载荷分析

6．3．2 横风环境下设备舱裙板气动载荷分析

6．3．3 隧道通过时设备舱裙板气动载荷分析

6．4 高速列车设备舱裙板结构响应分析

6．4．1 明线运行时设备舱裙板结构响应分析

6．4．2 横风环境下设备舱裙板结构响应分析

6．4．3 隧道通过时设备舱裙板结构响应分析

6．5 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果