軌道車輛制動電阻散熱仿真研究與優(yōu)化設計.pdf

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

2、時發(fā)生接觸，將會燒壞整個電阻器，影響車輛行車安全。對制動電阻進行散熱仿真以及提高制動電阻的散熱性能是本項目研究的主要內(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制動電阻進行散熱仿真研究，并進行電阻器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。首先，建立電阻器流場分析模型，比較電阻片叉排和順排兩種不同排列方式的流場紊流動能，選擇流體紊流場效果較好，有利于電阻片散熱的排列方式,同時以上海9號

3、線地鐵制動電阻器為例，建立平行電阻片熱-固-流體耦合模型，結(jié)合傳熱學和流體動力學知識，綜合考慮溫度對空氣熱物理參數(shù)的影響，對電阻器施加實際工況下的載荷和風機風量，進行數(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，最高溫度達到600℃。接著，進行相關實驗，利用熱電偶原理測量電阻片的最高溫度，并

4、與仿真結(jié)果進行比較，通過實驗驗證理論應用和仿真方法的可行性。最后，根據(jù)仿真結(jié)果，通過改變散熱風機功率，增加空氣的對流換熱系數(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筋或槽口進一步提高電阻器中流場紊流度，改善整個電阻器的散熱效果等措施[1]，對電阻器進行優(yōu)化設計。
　　本項目研究軌道車輛制動電阻熱分析仿真的新方法，為制動電阻的優(yōu)化設計提供理論基礎。對于軌道車輛的運行安全，提出該項目的研