热管--一种高效实用的散热方法

任何电子器件冷却的热电路都是由3个最基本的热阻组成的:结-壳热阻Rj-c;壳-散热器热阻Rc-s和散热器至周围介质的热阻Rs-a.为降低这些热阻的临界值,许多工程师费尽心血.文章讨论采用热管有助于降低热阻Rs-a至最小值.散热器至周围介质的热阻是由传导、对流/辐射和被加热的冷却介质形成的3个热阻组成的.典型的风冷散热器中,空气温升的热阻是通风量的直接函数,对流热阻是散热表面积的函数,传导热阻是散热器材料的热导率和几何尺寸的函数.热管能把传导损耗降至最小值,它允许加大散热表面,而且使给定风速下的流量最大,从而有效降低散热器的3个主热阻.文章讨论了能降低风冷散热器热阻的热管.     

大功率模块用水冷散热器的数值模拟与试验研究

通过数值模拟与试验研究相结合的方法,对某电力机车牵引变流器大功率模块水冷散热器的性能进行了研究。结果表明,不同的IGBT元件模型对散热器的温升及热阻计算影响较大,发热模块模型计算出的散热器最大热阻值与试验值最为接近,相差约6%;散热器的热阻随冷却液流量的增加而减小,但与模块功率的变化无明显的关系;压降随冷却液流量的增加而增加。     

3D复合相变散热器在轨道交通中的热管理应用研究

针对轨道交通领域日趋恶劣的热管理条件,文章对一种散热效率更高效的3D复合相变散热器进行了研究。应用数值仿真和试验测试的研究方法,将3D复合相变散热器与相同体积的双面热管散热器和水冷散热器进行对比,结果表明:与双面热管散热器相比,3D复合相变散热器在相同风速和功率工况下,热阻降低7.8%～10.5%,压降降低57.5%～63.6%,均温效果提升约52%;对于相同风机的冷却系统,单个IGBT最大许用功率可增大670 W,增幅约26.8%;额定工况的热性能与水冷散热接近。     

风沙环境下不同线路类型对高速列车气动特性影响研究

西部风沙地区强风沙流对高速列车运行带来巨大安全隐患。高速列车的行驶线路一般分为平直地面、路堤及高架桥等,不同线路类型对高速列车气动特性的影响差异明显,尤其在强横风下,列车运行的流场特性更加复杂。为研究风沙环境下不同线路类型对高速列车横风气动特性的影响,采用数值模拟方法对列车运行速度250 km/h,横风风速分别为10,20,30,40,50 m/s,线路结构分别为平直地面、5 m路堤及10 m高架桥等不同工况下的列车气动性能进行仿真对比分析。计算结果表明：风沙环境下列车迎风侧正压区域及背风侧负压区域相比无沙环境均增大,其中,头车在平地工况下压力增幅最大,路堤及高架桥工况较小;风沙流中沙粒增加了列车的阻力,随着横风风速增大,头车阻力系数减小,尾车阻力系数增大,中间车阻力系数基本不变,列车侧向力系数均增大;在同一横风风速下,不同类型线路对头车的阻力系数和侧向力系数影响最大,其中,在路堤工况下列车稳定性较差,更容易发生侧翻危险。     

风沙环境下列车气动性能的研究

采用数值计算方法分别对在同一车速下相同风速、不同浓度、不同颗粒直径的风沙对动车组列车气动性能的影响,以及同风沙浓度、同风沙颗粒直径下,风速不同对列车气动性能的影响。结果表明在风速和风沙颗粒直径不变的情况下,沙粒颗粒浓度的增加和颗粒直径的增大都导致了列车整体的气动阻力的增大,但影响不大。在风沙颗粒浓度以及风沙颗粒直径不变的情况下,风速的增加使得风沙颗粒对列车整体的气动阻力有明显的增大。     

高速动车主变流器热管式空气冷却器散热性能试验研究

介绍了高速动车主变流器冷却器工作原理,研究了其热管式空气冷却器的传热特性,掌握机车IGBT功率模块冷却器在正常运行过程中的散热量和基板温度的工作范围,为散热器的选型和设计提供了科学依据。     

强侧风环境下CRH1型高速列车气动性能研究

基于三维、定常、不可压缩N-S方程及k-ε双方程湍流模型,采用数值模拟计算方法分别对高速列车CRH1在不同侧风风速、不同风向角工况下的气动性能进行模拟。研究结果表明：对于不同横风风速,车辆的横向力、升力及倾覆力矩均随着横风风速的增大而增大,但其对应的气动力系数基本保持不变;对于不同风向角,车辆的横向力、升力及倾覆力矩均随着风向角的增大而增大,风向角为75°时,气动力增长率变缓,对应的气动力系数变化与之一致。     

横风对列车通过曲线限制速度影响的数值研究

在简化列车外形的情况下,针对列车在不同风速下的气动力进行计算.为计算气动力,将三维雷诺平均N-S方程(RANS)结合k-ε湍流模型,用有限体积法将控制方程离散求解.用SIMPLE法耦合压力-速度场.在得出气动力的基础上,使用本文推导的横风作用下列车通过曲线轨道的限制速度公式,分析了气动升力、气动阻力对限制速度的影响.模拟计算结果显示,增大列车运行速度或横风速度都会增大列车的气动升力和气动阻力,并使之呈非线性增大的趋势.列车在高速、大横风情况下运行,以上2种非线性风险的影响使行车的安全性受到严重的威胁.升力的作用一般使列车通过曲线轨道的限制速度降低,而阻力对限制速度的影响主要取决于风向.     

平地横风环境动车组非定常气动特性的试验研究

在定常横风环境影响下,动车组在平地工况运行的稳定性、舒适性及安全性将会恶化。为了揭示其恶化的机理,开展动车组在平地工况伴随定常横风下运行的风洞试验,得到列车表面压力随时间变化的曲线后,再对列车受到的非定常气动载荷时域特性和频域特性进行分析。风洞测试结果表明：在相同风速和同一风向角下,平地动车组车体表面迎风侧1～8号测点和背风侧9～16号测点,其同侧各测点压力平均值在一定范围内波动,总体相差不大。当风向角为90°时,测点压力的幅值和最值随风速的增大而增大,其平均值与风洞来流风速的二次方成正比,即非定常气动压力振动剧烈,波动幅度明显增大。当合成风风速为60 m/s时,测点气动压力的平均值、最小值和最大值随风向角增大呈现先增大后减小的趋势,呈现正弦函数变化规律;当风向角增加到75°时,出现拐点,即最值点;车体表面两侧测点的幅值随风速的增大而增大,即非定常气动压力振动剧烈,振动幅度明显增大。而横风风速和风向角对非定常气动载荷的主振动频率带的影响不大;车体中部两侧测点的频率峰值均集中在0～18 Hz范围内,主振动频率均集中在0～4 Hz区间内,还明显存在频率为4～6 Hz,6～8 Hz和10～1...     

基于Fluent的6英寸晶闸管水冷散热器设计及优化

概述了6英寸晶闸管的水冷散热系统及模型,利用Fluent软件,采用有限元分析方法和标准k-ε湍流模型,通过求解三维N-S方程和三维温度场模型模拟了散热器的散热过程。仿真分析了散热器台面的温度分布、流场与流动阻力、功率和流量变化时对热阻和流阻的影响。提出了散热器的优化设计方案,进行了流动与传热模拟。通过与前期试验的对比分析可知,采用Fluent仿真软件能较真实地反映水冷散热器的散热过程及内部流体的复杂流动过程,可为散热器的设计及改进提供理论依据。     

桥上无缝线路扣件纵向阻力试验研究

以高速铁路桥梁无砟轨道WJ-7型和WJ-8型小阻力扣件为研究对象,开展不同纵向加载速率以及竖向荷载条件下的纵向阻力试验,研究了纵向加载速率和竖向荷载对无缝线路扣件纵向阻力特性的影响,并给出了不同竖向加载条件下WJ-7型和WJ-8型小阻力扣件的纵向阻力-位移曲线,以用于梁轨相互作用精细化分析。结果表明：当竖向荷载不变时,纵向加载速率对两种小阻力扣件的动刚度和纵向阻力最大值影响较小;随着竖向荷载的增大,两种小阻力扣件的动刚度及纵向阻力均明显增大,其弹塑性临界点也逐渐增大;与竖向无载工况相比,竖向荷载为50 kN时,WJ-7型小阻力扣件最大纵向阻力、弹塑性临界点增幅分别为177.74%和87.71%,WJ-8型小阻力扣件增幅分别为320.44%和118.88%。     

环境风对路堤上快运集装箱平车气动力性能影响

基于三维、定常、不可压Navier-Stokes方程和k-epsilon双方程湍流模型,采用FLUENT流场计算软件对环境风作用下铁路快运集装箱专用平车(简称集装箱平车)所受气动力进行数值模拟计算。分析列车在铁路路堤上运行时车速和风速对车辆气动性能的影响,得出车辆气动力与车速、风速之间的变化关系。研究结果表明,在环境风作用下,10 m路堤上运行的集装箱平车:1)迎风面处于较大的正压区内,背风面处于负压区内,集装箱平车的背风面、顶部以及底架附近,均有漩涡产生;2)风速为32 m/s、风向角为90°时,车辆所受横向力、升力和倾覆力矩均随着车速的增大而增大;3)车速为160 km/h、风向角为90°时,车辆所受横向力、升力和倾覆力矩随风速的增大而增大;其中倾覆力矩近似与风速的1.6次方成正比。     

高速列车尾车垂向偏置对列车气动性能影响

在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性。以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性。基于SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了350 km/h高速列车尾车无偏置、尾车下降20 mm、尾车下降40 mm、尾车下降60 mm、尾车上升20 mm、尾车上升40 mm以及尾车上升60 mm 7种工况下列车的气动性能,分析高速列车气动阻力的变化规律,揭示了不同垂向位移下高速列车尾部流场特性以及列车表面压力分布情况。研究结果表明：高速列车尾部垂向位移对列车整体气动阻力影响较小,但对高速列车气动阻力分布以及流场特性造成一定影响。当尾车偏置位移达到60 mm时,列车车体气动阻力相对于无偏置工况分别降低了-1.11%和2.64%,转向架气动阻力相对无偏置情况下分别降低了11.35%和-17.43%。此外,尾车偏置对列车近尾流区域流场结构有一定影响,尾车鼻锥下方排障器周围漩涡结构由双漩涡结构向单漩涡结构转变;鼻尖处漩涡结构随着尾车高度下降而增大,随着尾车高度...     

沙漠地区道路涵洞周围流场规律及积沙特征研究

涵洞作为沙漠地区道路工程路基的重要组成部分之一,是保障道路安全的重要基础设施。但沙漠地区道路涵洞较易发生风沙灾害,故对其进行系统全面研究非常必要。通过对不同来流风速大小和不同来流方向下涵洞进行三维数值模拟,对比分析不同风速、不同来流方向下的涵洞周围积沙特征,并总结相关结论。研究结果和结论:对比不同来流方向下的涵洞流场特征,得出来流与涵洞夹角为20°时涵洞对洞前洞后流场影响最大,洞前有大面积增速区,洞后速度下降最为迅速。对比不同来流大小及方向下的涵洞周围积沙特征,可知随来流风速增大涵洞前积沙先增大后减少;洞腔内部随风速增大积沙会有所增多;洞后积沙随风速增大会明显增加。同一风速下夹角增大洞前积沙明显增多,且夹角越大洞前积沙横移越明显;洞后积沙随夹角增大会明显减小。     

高速铁路接触线气动力特性的风洞试验研究

对我国高速铁路接触线的2∶1比例尺模型进行风洞试验,测量接触线模型在不同紊流场中不同风速下受到的顺风向阻力、横风向升力和垂直方向扭矩,分析接触线模型的阻力系数、升力系数和扭矩系数随风攻角的变化规律,研究接触线模型的截面凹槽对其气动力特性的影响;运用邓哈托垂直振动理论,分析接触线模型的舞动稳定性.结果表明:在-45°和45°风攻角附近,由于风向与接触线模型截面凹槽的斜边接近垂直,使接触线模型受到的气动阻力明显升高;紊流场的增大会降低接触线的气动稳定性,二者呈非线性关系;在无覆冰情况下接触线模型受到的扭矩极小,接触线模型舞动主要是由横风向升力的变化引起;接触线舞动的临界风速与其自振圆频率和机械阻尼成正比.     

聚四氟乙烯胶垫配套WJ-7型扣件纵向阻力特性研究

为得到采用聚四氟乙烯胶垫的WJ-7型扣件纵向阻力特性,在不同工况下对扣件纵向阻力进行试验测试,并建立桥上CRTSI型板式无砟轨道无缝线路计算模型,分析采用聚四氟乙烯胶垫扣件系统在桥上无缝线路的使用性能。研究结果表明:对比普通胶垫,WJ-7型扣件采用聚四氟乙烯胶垫可以显著降低扣件纵向阻力,但容易发生胶垫窜出现象,将聚四氟乙烯胶垫与普通胶垫作黏结处理后对其纵向阻力影响很小;扣件纵向阻力随聚四氟乙烯胶垫厚度增大而减小;轨底作除锈处理对采用普通轨下胶垫与复合胶垫的扣件系统纵向阻力影响较大,对采用聚四氟乙烯胶垫扣件系统纵向阻力影响很小;与采用复合胶垫相比,扣件系统采用聚四氟乙烯胶垫时钢轨附加力及纵向位移会略微增大,当胶垫窜出时,在桥端2块轨道板采用聚四氟乙烯胶垫可明显减小钢轨附加力及纵向位移,并显著降低凸型挡台承受的纵向力。     

隧道火灾中火区阻力的理论研究

根据热流体学和通风学理论,对火区阻力的计算方法及影响因素进行研究。首先在修正的热阻力概念基础上建立热阻力的表达式,然后推导绕流阻力与火灾规模和风速的关系式,最终建立比较严谨的火区阻力实用公式,并得到数值模拟的验证。该式表明:在简化的物理模型中火区阻力与火灾规模成线性关系,与风速存在二次曲线关系;在风速不影响热释放速率的条件下,火区附加通风阻力与风速成正比,但对货车引起的隧道火灾,附加通风阻力与风速近似存在二次曲线关系。研究成果为火灾通风网络解算和防排烟方案的制定提供参考。     

侧风下高速列车临界倾覆风速研究

采用数值模拟方法计算横风下高速列车的气动力及力矩系数,利用EN14067的五质量模型研究横风下车辆临界倾覆风速曲线及不同参数对其倾覆的影响。研究结果表明:临界倾覆风速随着车速的增大而减小,随着风向角的增大先减小后增大,最小值在80°左右时出现,且随着未平衡横向加速度增大而减小。五质量模型中增加考虑的点头力矩和摇头力矩对临界倾覆风速有一定影响,其中若不考虑点头力矩,设置车辆临界风速限制时偏高,对于车辆运行安全性有不利影响。一系悬挂和二系横向刚度对倾覆系数影响不大。随着二系垂向刚度增加,前转向架轮对倾覆系数减小,后转向架增大。横向止挡间隙增大前后倾覆系数均增大。当抗侧滚扭杆减小到原值60%以上时倾覆系数略有增大,幅度不超过10%。车辆质心越偏向车辆前端时,前倾覆系数增加,后倾覆系数减小。     

辅助逆变器散热器的数值模拟与优化设计

为使辅助逆变器散热器达到设计目的及与系统匹配最优,以某辅助逆变器散热器为研究对象,分析了散热器几何参数对热阻的影响。应用理论公式对高密度热流功率模块的散热器进行设计和优化,利用CFD软件对散热器的性能进行数值仿真模拟,根据仿真结果对散热器的参数进行优化。样机试制和试验结果显示,模拟仿真结果与试验数据基本吻合,误差在5%~8%。采用这种方法和思路来设计散热器,可以大大缩短产品研发周期和降低研发成本。     

风沙环境下高速列车气动特性分析

基于SST k-ω湍流模型和Euler-Lagrange离散相模型，建立了风沙环境下高速列车空气动力学计算模型，研究了不同沙粒浓度、不同风速及不同车速条件下的列车空气动力学性能。计算结果表明：风沙环境下，列车头车迎风侧主要受正压力影响，背风侧主要受负压力影响，最大正压力区域由鼻尖逐渐向迎风侧偏移；由于横风的影响，随着沙粒浓度的增强，头车迎风侧沙粒质量浓度增大，背风侧沙粒质量浓度变化较小；对于固定的车速和风速，头车气动力系数随沙粒浓度的增强而增大，且与沙粒浓度近似呈线性关系；沙粒浓度固定时，头车气动力系数随风速的增大而增大，随着车速的提升，头车气动力系数反而下降；风沙环境下，头车侧力系数、头车侧滚力矩系数可近似拟合为沙粒浓度、侧偏角及合成风速的二次多项式；头车升力系数可近似拟合为沙粒浓度、侧偏角及合成风速的三次多项式。