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高速动车组设备舱通风散热仿真研究

铁道车辆 2024年

作者：王维斌陈大伟姚拴宝陈洋洋中车青岛四方机车车辆股份有限公司

高速动车组车下设备舱通风散热性能对列车的可靠安全运行至关重要。文章建立了包括车体、转向架、设备舱及舱内各类电气设备在内的内外全流场仿真模型，采用了定流量边界、旋转参考坐标系模型、动量源模型等不同方式处理小风量设备、离... 详细信息

高速动车组车下设备舱通风散热性能对列车的可靠安全运行至关重要。文章建立了包括车体、转向架、设备舱及舱内各类电气设备在内的内外全流场仿真模型，采用了定流量边界、旋转参考坐标系模型、动量源模型等不同方式处理小风量设备、离心风机、轴流风机等通风量的计算，采用了恒定出风温度、壁面温度、换热器热源发热功率等不同方式进行温度场的计算，完成了3种典型设备舱布局结构在不同列车运行速度（250 km/h，300 km/h、350 km/h、400 km/h）及不同环境温度（20 ℃、40 ℃）等工况下的数值仿真计算，对不同工况设备舱典型区域的速度场及温度场分布等进行了综合分析。研究结果表明：在不同动车组运行速度工况下，设备舱内流场及温度场的分布趋势类似。随着车速的增加，发热设备周边平均温度有所升高，最大升高幅度约在2 ～3 ℃。在环温为40 ℃工况下，废排装置将客室内26 ～27 ℃的低温气流排入设备舱内，有利于降低设备舱内温度，可将废排装置与发热设备靠近布置。牵引系统等大功率发热设备采用密接风道将高温气流直接排出设备舱，有效避免高温排出气流对设备舱温度的不利影响。

关键词：高速动车组设备舱通风散热空气动力学

水轮发电机通风散热系统的耦合仿真与参数分析

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水力发电学报 2009年第4期28卷 176-180页

作者：朱殿华郭伟张雪天津大学机械工程学院天津300072

本文基于流-固热耦合场分析原理对灯泡贯流式水轮发电机的通风散热系统进行了仿真模拟分析,得到了定、转子温度场的分布,并和传统的经验计算方法进行了对比,最终验证了运用耦合场分析方法的正确性。同时,基于敏感参数分析法,采用ISIGHT... 详细信息

本文基于流-固热耦合场分析原理对灯泡贯流式水轮发电机的通风散热系统进行了仿真模拟分析,得到了定、转子温度场的分布,并和传统的经验计算方法进行了对比,最终验证了运用耦合场分析方法的正确性。同时,基于敏感参数分析法,采用ISIGHT工具软件对定子结构的优化设计进行了初步探索。

关键词：耦合场分析温度场数值模拟通风散热

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国产化公用机柜整机强制通风散热

无线电通信技术 1989年第5期15卷 60-64页

作者：董爱华谭培朝机械电子工业部第54研究所

本文针对卫星通信地球站国产化公用机柜整机强制通风散热系统,进行了理论计算和系统设计,并提供了实验数据及分析。该热设计对机柜强制通风散热设计者具有一定参考价值。

关键词：卫星通信地球站机柜通风散热

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流体动力学分析技术在电机通风散热中的应用

电机与控制应用 2006年第7期33卷 25-28页

作者：贾健侯晓军贺志学中国北车集团永济电机厂永济044500

运用流体动力学分析软件对YJ53异步电机在不同通风结构下的通风能力进行分析计算,得出较好的通风结构设计方案;并对JF210E主副发电机进行了通风计算,验证了电机内导流板及斗式风扇等通风结构的有效性。

关键词：牵引电机流体动力学通风散热通风结构通风量

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变压器室3种通风散热方案模拟研究

河南科技大学学报（自然科学版） 2013年第3期34卷 63-67,110页

作者：高春艳梁坤峰李军号李心平周铭丽河南科技大学车辆与动力工程学院河南洛阳471003

基于计算流体动力学(CFD)建立了变压器室通风散热系统模型,采用标准k-ε湍流模型对室内变压器的通风散热特性进行了数值模拟研究,获得了室内气流组织的流场、温度场和空气龄的分布规律。探讨了不同的送风方式、风机的使用对室内变压器... 详细信息

基于计算流体动力学(CFD)建立了变压器室通风散热系统模型,采用标准k-ε湍流模型对室内变压器的通风散热特性进行了数值模拟研究,获得了室内气流组织的流场、温度场和空气龄的分布规律。探讨了不同的送风方式、风机的使用对室内变压器散热的影响,用空气龄指标对变压器室的通风散热效果进行了评价。研究结果表明:散热器底部使用风机不仅提高了室内的换热效率,改善了室内的散热特性,而且降低了进风口位置设置的要求,提高了进风口布置的灵活性;空气龄与空气的流动和扩散有关,综合反映了房间的通风换气效果,可作为反映室内温度场、速度场分布情况的一个综合评定指标。

关键词：变压器数值模拟通风散热计算流体动力学平均空气龄

110kV户内变电站通风散热的数值模拟及优化研究

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110kV户内变电站通风散热的数值模拟及优化研究

作者：秦文慧东南大学

学位级别：硕士

变电站是电能传输网络的重要节点,经济社会的稳步发展对供电可靠性的要求越来越高。将电气设备布置于室内,其建筑外观可做到与环境完美协调,而且具有占地面积小、噪声污染小等优点,因此,户内变电站成为电网公司建设“资源节约型、环境... 详细信息

变电站是电能传输网络的重要节点,经济社会的稳步发展对供电可靠性的要求越来越高。将电气设备布置于室内,其建筑外观可做到与环境完美协调,而且具有占地面积小、噪声污染小等优点,因此,户内变电站成为电网公司建设“资源节约型、环境友好型、工业化”变电站的主要途径。由于室内空间有限且设备发热量较为集中,通风散热是保证户内变电站安全运行的一个关键课题。传统的通风方案普遍存在冷却气流利用效率低、通风量与设备发热量不匹配、通风能耗大等问题,因此,对户内变电站的通风方式进行系统研究和合理优化显得十分重要。本文以某110kV户内变电站为研究对象,采用实地测试与数值模拟结合的方法,对其通风系统的散热特性进行了研究。实地测试表明,主变压器室内温度受环境温度和运行负荷的影响较大。#1主变压器室和#2主变压器室面临着不同程度的散热问题,分别有28.97kW和53.15kW的热量不能被通风系统及时排出室外。计算表明,主控制室内屏柜设备的总发热量为3.27kW,GIS电气设备的总发热量为8.653kW,来自屋顶的辐射传热是主控制室和GIS室最主要的热量来源。以具有ONAN冷却系统的#1主变压器室为研究对象,对四种通风方案下的室内热环境进行评价,模拟结果表明,局部机械通风可有效提高散热器的散热能力、降低进排风温差、提高换气效率。研究了不同的机械送风速率和机械送风口位置对室内温度梯度和散热器散热能力的影响,结果显示,在极端高温天气下,机械进风速率取4.0m/s至5.0m/s可较好地兼顾散热效果和能耗。对新型通风方式在实际工程中的应用情况进行复测,结果表明,相比于原有的自然进风、机械排风系统,新型通风方式可使室内温度降低1.4℃?3.7℃,散热降温效果明显。使用Fan模型对采用ONAF冷却系统的#2主变压器的散热特性进行了模拟计算,结果显示,室内有大片45℃以上的高温区,远不能达到变电站设计规范中的要求。分别提出了在东墙及西墙底部和在散热器底部进行局部机械送风的两种通风优化方案。两种方案均可满足排风温度不超过45℃的设计要求,散热器底部送风可使Z=4.5m截面上的空气最高温度由53℃降低到47℃、而侧墙底部送风可更好地改善人员活动区域的舒适性。研究确定了最不利条件下散热器底部送风的最佳通风速率为1.5m/s.0m/s。对GIS设备室原有的通风系统进行了模拟分析,发现室内出现大面积40℃以上的高温区。增大通风量可显著改善室内的温度分布情况,但无论是利用西门百叶还是南墙百叶窗作为进风口,都存在着气流利用效率低的问题。分别在东墙和西墙底部增设自然进风口,开启南墙百叶窗作为排风口,采用“侧送上排”的气流组织方案,在进风温度为35℃的条件下可将工作区温度控制在40℃以下,而且具有积极的节能意义。确定出极端高温天气下的降温通风系统最小机械送风量为0.75 m/s,将机械送风口设置在与设备排布方向垂直的南墙一侧时,室内整体的散热效果比较理想。

关键词：户内变电站通风散热数值模拟优化

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变压器室通风散热智能控制系统研究

变压器室通风散热智能控制系统研究

作者：郭长兴河南科技大学

学位级别：硕士

夏季用电负荷为全年中的最高时段，大部分变压器都在接近或超过满负荷的情况下运行。对于户内型变压器，其高负荷运行的散热量较大，传统的变压器室散热通风不能满足其降温的实况。针对这种情况，本论文进行大型电力变压器室通风散热系... 详细信息

夏季用电负荷为全年中的最高时段，大部分变压器都在接近或超过满负荷的情况下运行。对于户内型变压器，其高负荷运行的散热量较大，传统的变压器室散热通风不能满足其降温的实况。针对这种情况，本论文进行大型电力变压器室通风散热系统的智能控制研究并工程实现。首先，建立变压器顶层油温预测模型，考虑环境温度对变压器顶层油温的影响，在热电类比的基础上，将环境温度以变量的形式加入到变压器顶层油温预测模型。将预测模型的计算值和变压器顶层油温实际值对比分析，表明该顶层油温预测模型具有很高的准确性。其次，详细分析了变压器室内通风散热的传热学原理，根据实际参数建立了变压器室内通风散热的数学模型。由于该模型是一个多变量、滞后的系统，利用模糊控制对被控对象进行控制研究，为了降低设计模糊控制策略的复杂性，控制系统的执行结构采用递阶多变量模糊控制器，并通过Matlab软件对变压器室通风散热的模糊控制进行仿真研究。然后，由于变压器室通风散热系统的模型具有时变、非线性的特点，采用神经网络预测控制对变压器室通风散热进行研究。针对预测控制滚动优化的计算量过大问题，设计了一种神经网络逆控制与BP神经网络预测控制的复合控制策略方法。当控制对象处于动态调整过程时，控制系统转为BP神经网络预测控制;当控制对象输出稳定时，转为神经网络逆控制，不需要进行滚动优化计算而减少计算量。该控制策略既降低了滚动优化的计算量，又保证了控制系统的稳定性。在理论研究的基础上，针对某市110KV变压器的变压器室，设计了变压器室通风散热智能控制系统。设计变压器顶层油温和变压器室内温度的双闭环系统，采用神经网络预测控制实现室内通风量的智能控制，在低成本运行情况下，控制变压器室内的温度和电力变压器顶层油温温度，保证电力变压器安全稳定运行。在高温高负荷情况下，实际工程表明该系统有效降低了室内温度，改善了变压器与室内空气的热交换效率，使得电力变压器稳定在安全工作区间，避免变压器的温度过高而出现故障。

关键词：变压器室通风散热模糊控制神经网络预测控制

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静音柴油发电机组通风散热及振动噪声研究

静音柴油发电机组通风散热及振动噪声研究

作者：林立原安徽工程大学

学位级别：硕士

柴油发电机组广泛应用于各类公共场所,由于机组运行时会产生较大的噪声,不能很好满足疗养院、高档别墅、银行等对环境噪声要求较高的场合。为此,需要开发出超静音发电机组,以满足此类市场需要。从抑制噪声的角度,改善柴油发电机组的燃... 详细信息

柴油发电机组广泛应用于各类公共场所,由于机组运行时会产生较大的噪声,不能很好满足疗养院、高档别墅、银行等对环境噪声要求较高的场合。为此,需要开发出超静音发电机组,以满足此类市场需要。从抑制噪声的角度,改善柴油发电机组的燃烧过程、避免机体共振、切断或减弱噪声传播的有效途径,降低噪声。本文针对目标功率为10k W的柴油发电机组为研究对象,选择综合性能优良的发动机和发电机,开展机组减振技术研究,通过设计悬置结构,选用阻尼特性良好的减振材料,优化了整机的振动特性;通过优化设计消音器结构,加装带有吸音涂层的静音舱,使整机噪声降低至70d B/3m左右。此外,针对静音舱引起的机组散热问题,基于ANSYS和Fluent软件分别对机组温度场、流场进行分析,优化静音舱进排风口结构设计,以及静音舱内各部件的空间布置。极大地改善了柴油发电机组的振动噪声特性。本课题的主要研究内容如下:首先基于振动理论,确定了合理的减振频率比范围,并依此进行机组的减振装置设计。利用pro/E软件建立了机组的三维模型,运用ANSYS软件对减振装置进行振动模态和谐响应分析,根据分析结果进一步优化设计方案,从而获得良好的振动特性。其次进行发电机组的噪声抑制技术研究,通过设计静音舱结构,选用高阻尼特性的复合钢板作为静音舱材料,以确保达到良好的隔音效果。对于发动机的排气噪声,通过计算分析,对排烟消声器进行了改进设计,进一步降低了发电机组的整体噪声水平。最后,针对加装静音舱后柴油发电机组通风散热不良的问题,运用ANSYS软件的热分析功能,确定了机组内部的温度分布特征,基于ANSYS Fluent软件进行机组内部空气流动性分析,优化了机组部件的空间布置,使舱内空气的流动路径更加合理,从而有效地规避了高温风险。同时,针对热敏感区域,通过采用隔热棉包覆,减少热辐射影响。运用振噪特性试验台架验证柴油发电机组的电压和频率稳态调整率参数满足出厂使用要求,对噪声声强检测,显示带静音舱的柴油发电机组具有良好的静音效果。

关键词：柴油发电机组振动分析静音舱流场分析通风散热

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结合地铁建设的综合管廊电缆舱通风散热研究

结合地铁建设的综合管廊电缆舱通风散热研究

作者：易京凤西南交通大学

学位级别：硕士

随着城市的不断发展,地下空间开发集约化要求以及综合管廊与地铁建设冲突问题日益凸显,综合管廊结合地铁建设逐渐引起越来越多的关注。综合管廊结合地铁建设时,可共用一套盾构设备,各自结构分离修建;亦可将综合管廊纳入地铁结构断面,两... 详细信息

随着城市的不断发展,地下空间开发集约化要求以及综合管廊与地铁建设冲突问题日益凸显,综合管廊结合地铁建设逐渐引起越来越多的关注。综合管廊结合地铁建设时,可共用一套盾构设备,各自结构分离修建;亦可将综合管廊纳入地铁结构断面,两者结构共建。考虑人员与设备安全,综合管廊需要进行通风控温,尤其是存在热源的电缆舱,然而目前关于大直径盾构式半圆形断面电缆舱通风散热的研究较少,且综合管廊电缆舱结合地铁结构共建时受地铁的传热影响尚需分析。因此本文采用数值模拟方法,对独立结构的盾构式电缆舱、结合地铁结构共建的电缆舱进行了通风散热特性研究,可为将来盾构式电缆舱、结合地铁结构共建电缆舱通风设计提供参考。首先,本文依托典型工程建立了独立结构多舱盾构式综合管廊中的半圆形断面电缆舱模型,并在此基础上分析了不同风口位置、内部发热缆线排布方式、通风区间长度以及室外空气温度对电缆舱内部热环境及通风效果的影响。结果显示:不同风口位置会影响电缆舱的内部热环境,其中风口置顶居中设置,风量相同时,舱室平均温度最低;舱室中高发热缆线应布置于靠近壁面位置,最大化利用舱室周围低温土壤的降温作用,使舱室温度在夏季时保持良好水平,降低通风能耗;延长通风分区长度有利于舱室温度均匀分布;室外空气温度与舱室平均温度、排风平均温度呈线性相关关系。其次,本文对综合管廊电缆舱结合地铁区间隧道结构共建时地铁区间隧道的气流特性、空气温度变化引起的电缆舱内部热环境的变化进行了分析,并利用极差分析法、方差分析法分析比较了地铁侧环境变化对结合地铁区间隧道结构共建的电缆舱通风散热效果的影响程度,且拟合了相关通风量计算公式,可为结合地铁区间结构共建综合管廊电缆舱通风量设计提供依据。计算发现:电缆舱结合地铁区间隧道结构共建时,在极端条件下,由地铁区间隧道传入电缆舱热量可占电缆舱内部电缆总发热量的13%左右,会加剧电缆舱内部热环境的恶劣程度,需增大电缆舱通风量加以缓解;相较于地铁区间隧道壁面换热系数对与其结构共建电缆舱内部热环境的影响,地铁区间隧道空气温度的变化对与其结构共建电缆舱内部热环境影响更显著;结合地铁区间隧道结构共建的电缆舱,其通风效果还是主要受自身通风条件的影响。最后,本文分析比较了综合管廊电缆舱结合地铁车站结构共建的三种不同结合位置方案:置顶于车站主体结构、置顶于车站附属结构以及侧置于车站隧道,电缆舱内部热环境分布差异以及通风降温效果。结果表明:置顶于附属结构形式,电缆舱内部热环境、通风效果相对较好;侧置于车站隧道形式的电缆舱内部热环境受车站隧道热环境的影响存在差异,风量相同时,当车站隧道空气温度较低(30℃)时,与置顶于附属结构形式电缆舱无明显差异,当车站隧道空气温度处极端条件(40℃)时,与置顶于附属结构形式电缆舱排风平均温度差1℃左右。

关键词：综合管廊电缆舱结构共建数值模拟通风散热