高速列车车底设备舱温度场数值仿真分析.pdf

高速列车设备舱温度场数值仿真分析
李明1,孔繁冰,刘斌
(唐山轨道客车有限责任公司产品技术研究中心唐山市丰润区厂前路 3 号邮编:063035)
摘要:建立了包含车底设备舱、转向架等结构的高速列车空气动力学模型。基于三维非定常不可压缩
N-S 方程和 k-ε两方程湍流模型,采用 Fluent 软件进行高速列车设备舱通风散热数值模拟,并对其通风散
热性能进行了分析。经研究发现增加散热器风道,能够有效提升设备舱通风散热性能,改善设备舱内流场
及温度场的分布情况。
关键词:高速列车;设备舱;风道;通风散热;
在高速列车中,牵引系统及动力单元决定了列车的高速与稳定性。由于列车高速运行
时,牵引系统需提供较大的功率,使得处于车体底部设备舱内的牵引变压器等产生较高热
量。为确定列车设备舱通风散热性能,对列车在不同环境下运行时,设备舱内空气流动以
及传热进行仿真分析。
1 1 计算模型
最初设计方案中,设备舱底部通风口与设备散热器排风口之间有一定距离,设备散热
器排除的热风无法排到设备舱外,导致设备舱内温度过高,无法满足运行需求。为对列车
设备舱空气流动及温度分布进行进一步分析,对前期所建立的计算模型进行优化,将设备
舱底部通风口改为蜂窝式出风口,如图 1-1 所示,并将设备舱底部通风口与设备散热排风
采用风道方式进行连接,其结构如图 1-2 所示。整车模型采用头车、6 辆中间车、尾车编组,
其中包含设备舱的为头车(MC 车)和第二节车(TP 车),同时保留转向架区域、转向架
以及车底细部结构,如图 1-3 所示。

图 1-1 底部通风口图 1-2 设备通风道与底部出风口

图 1-3 整车模型
2 2 计算区域、边界条件及网格
为对设备舱内部流场及温度场进行分析,确定设备舱内主要散热设备对设备舱内温度
的影响,在原有计算方案的基础上,进行有设备散热风道模型计算,分析设备舱内流场及

1李明, CFD 仿真工程师,**********,唐山轨道客车有限责任公司厂前路 3 号,063035
温度场的变化情况。计算工况分别为列车以 250km/h、200km/h 速度上行、下行运行于无横
风环境。其中,牵引变压器散热器以及散热器风扇排风温度为 70℃,功率单元散热器以及
散热器风扇排风温度为 50℃,环境温度为 40℃。
计算区域、边界条件
图 2-1 为明线运行时的计算区域与边界条件,计算区域的长、宽、高分别为 505m、60m、
60m,其中头车鼻尖距离入口 150m,尾车鼻尖距离出口 200m。其中 A 为速度入口,B 为
压力出口,F 为移动地面,C、D、E 为对称面。

图 2-1 列车明线运行计算区域与边界条件
网格划分
由于列车为 8 车编组,且结构复杂,因此采用非结构化网格。在划分网格时对设备舱
格栅、舱内设备、支架等细部结构进行网格加密,如图 2-2 所示。其中车体表面网格最大
尺寸为 80mm,格栅最大网格尺寸为 3mm,设备最大网格尺寸为 20mm。整个计算区域均
采用非结构化网格划分,共划分为 8600 万四面体网格。

a)列车列车整车网格划分
b)MC