HXD1C电力机车辅助变流器风道数值模拟及试验研究 图文.doc

HXD1C电力机车辅助变流器风道数值模拟及试验研究_图文—18—收稿日期:2010-07-16;收修改稿日期:2010-11-30机车电传 OTIVES№2,,20112011年第2期2011年3月10日HXD1C电力机车辅助变流器风道数值模拟及试验研究张晓,周文勇,刘长清(株洲南车时代电气股份有限公司技术中心,湖南株洲412001作者简介:张晓(1981-,男,硕士,主要从事电力电子设备散热、计算流体力学和机车辅助变流器的研发工作。摘要:对HXD1C电力机车辅助变流器用理论计算确定散热器尺寸,通过经验公式计算散热系统所需风量,用CFD软件FLUENT对风道散热系统进行了三维数值模拟分析,求解散热系统的温度场分布。通过与试验结果进行对比研究,表明计算结果满足工程运用所需的精度要求,可应用于类似系统的热分析中。关键词:强迫风冷;散热设计;风量;数值模拟;辅助变流器;HXD1C电力机车中图分类号:+.7;:A文章编号:1000-128X(201102-0018-otivesZHANGXiao,ZHOUWen-yong,LIUChang-qing(TechnologyCenter,o.,Ltd,Zhuzhou,Hunan412001,ChinaAbstract:-dimensionalcalculationmodelforductcoolingsystemsnumericalsimulationhadbeensetupbyusingCFDsoftwareFLUENT,:forcedaircooling;thermaldesign;windvolume;numericalsimulation;auxiliaryconverter;otive研究开发0引言随着辅助变流器容量的增大,对散热的要求随之增高,风量风机的选择及风道的设计直接关系到机车能否正常运行。过去通常利用试验和理论计算的方法来确定风量、风道系统送风口的尺寸对换热性能的影响,耗时耗费人力物力,也无法详尽描述内部流场和温度分布状况,计算不够准确。随着计算机技术的迅猛发展,CFD在很多行业得到广泛的应用。本文对辅助变流器的风道模型进行适当简化,基于CFD软件FLUENT模拟计算,求解其散热系统的温度场、流场分布,通过与试验结果进行对比研究,表明满足工程运用所需的精度要求,可应用于类似系统的热分析中。(a为散热器外形,基板上安装肋片并布置有IGBT。图1(b为逆变模块散热器基板IGBT布置方式,散热器材料为铝合金。肋化系数—19—在图中时,较为有利[1],即式中:Gr为格拉晓夫数;Pr为普朗特数;H为肋片高度;为空气的密度;Cp为空气的质量定压热容,J/(kg・℃;Δt为冷却空气的出口与进口温差,℃;Q为总损耗功率,W。。这种风量计算方法比较保守,因为忽略了机柜四周对大气的辐射和自然对流所散去的热量,所得风量偏大。在精确计算时,应把两项散去的热量从总热量中减去再求所需的风量。通常在强迫风冷时,辐射与自然对流散热量约占总散热量的10%左右[1]。如风量分别取q1=、q2==,风道进口面积为Ainlet=,对应入口风速为V2=、V3==,分别进行计算,入口温度取300K。其他:壁面边界条件。计算中,分别控制动量方程、k方程、-e-3,-e-6。3湍流模型目前对湍流的计算方法主要分为三大类,完全模拟、大涡旋模拟与雷诺时均方程方法。工程上的湍流计算一般采用第3种方法,即雷诺时均方程法。在目前湍流的工程计算中,以k-e双方程模型应用最广,本文即采用这种模型求解。采用k-e双方程模型求解湍流图1散热器形状图2机柜模型及模块布置方式张晓,周文勇,刘长清:HXD1C电力机车辅助变流器风道数值模拟及试验研究第2期—20—对流换热问题时,控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程及k-e方程,具体方程见文献[3]。k-e方程是针对湍流为充分发展的湍流建立的。本模型为肋片近壁面