軌道車(chē)輛制動(dòng)電阻散熱仿真研究與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、目前，再生制動(dòng)在交通領(lǐng)域中得到了更加廣泛的應(yīng)用，尤其是軌道交通領(lǐng)域。但由于供電網(wǎng)的電壓不能超過(guò)1800V，再生制動(dòng)的電能并不能完全反饋回電網(wǎng)，部分再生電能需通過(guò)制動(dòng)電阻器轉(zhuǎn)化為熱能，再通過(guò)冷空氣散逸掉。隨著行車(chē)速度和牽引重量的不斷增加，對(duì)制動(dòng)電阻散熱性能也提出了更高的要求[1]。在車(chē)輛緊急制動(dòng)時(shí)，通過(guò)電阻片的電流達(dá)到360A左右，電阻片溫度瞬間急劇增加，最高溫度達(dá)到600℃，從而導(dǎo)致電阻片因溫度過(guò)高發(fā)生形變。當(dāng)形變量大于兩片電阻之間距離

2、時(shí)發(fā)生接觸，將會(huì)燒壞整個(gè)電阻器，影響車(chē)輛行車(chē)安全。對(duì)制動(dòng)電阻進(jìn)行散熱仿真以及提高制動(dòng)電阻的散熱性能是本項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容。
　　為了使電阻產(chǎn)生的熱量盡快的散去，基于Ansys/ICEM-CFD和CFX軟件，本文采用有限元仿真分析方法對(duì)制動(dòng)電阻進(jìn)行散熱仿真研究，并進(jìn)行電阻器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，建立電阻器流場(chǎng)分析模型，比較電阻片叉排和順排兩種不同排列方式的流場(chǎng)紊流動(dòng)能，選擇流體紊流場(chǎng)效果較好，有利于電阻片散熱的排列方式,同時(shí)以上海9號(hào)

3、線地鐵制動(dòng)電阻器為例，建立平行電阻片熱-固-流體耦合模型，結(jié)合傳熱學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)知識(shí)，綜合考慮溫度對(duì)空氣熱物理參數(shù)的影響，對(duì)電阻器施加實(shí)際工況下的載荷和風(fēng)機(jī)風(fēng)量，進(jìn)行數(shù)值模擬仿真。得到的仿真結(jié)果表明，在相同空氣流量條件下，電阻單元叉排方式的流體紊流效果明顯好于順排，電阻單元采用叉排方式排列將有效的提高電阻器的散熱性能，且電阻片最高溫度出現(xiàn)在最后一排電阻單元，最高溫度達(dá)到600℃。接著，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，利用熱電偶原理測(cè)量電阻片的最高溫度，并

4、與仿真結(jié)果進(jìn)行比較，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論應(yīng)用和仿真方法的可行性。最后，根據(jù)仿真結(jié)果，通過(guò)改變散熱風(fēng)機(jī)功率，增加空氣的對(duì)流換熱系數(shù)；調(diào)整電阻器結(jié)構(gòu)尺寸，改善流-固-熱耦合效果；選擇其他電阻片材料；或在電阻片表面沖壓加強(qiáng)筋或槽口進(jìn)一步提高電阻器中流場(chǎng)紊流度，改善整個(gè)電阻器的散熱效果等措施[1]，對(duì)電阻器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　本項(xiàng)目研究軌道車(chē)輛制動(dòng)電阻熱分析仿真的新方法，為制動(dòng)電阻的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。對(duì)于軌道車(chē)輛的運(yùn)行安全，提出該項(xiàng)目的研