基于CFD的地铁车辆车体传热系数模拟计算_王玲VIP免费

收稿日期：2012－12－03作者简介：王玲，高级工程师，1991年毕业于西南交通大学暖通专业，长期从事城轨车辆制造工艺，目前从事车辆维保技术工作。基于CFD的地铁车辆车体传热系数模拟计算王玲1，易柯2，臧建彬3（1．维保服务分公司；2．技术中心：南车株洲电力机车有限公司，湖南株洲412001；3．同济大学机械工程学院，上海200092）摘要：地铁车辆车体传热系数一般是通过试验得出的。文章采用CFD方法，根据实际试验工况，模拟试验时的导热、对流换热和辐射换热过程，从而得出接近实际的地铁车辆车体传热系数。关键词：地铁车辆；车体；传热系数；CFD模拟计算中图分类号：U260．2文献标识码：A文章编号：1672－1187（2013）02－0010－05SimulationcalculationforheattransfercoefficientofmetrovehiclecarbodyWANGLing1，YIKe2，ZANGJian－bin3（1．MaintenanceServiceSubsidiary；2．R＆DCenter：CSRZhuzhouElectricLocomotiveCo．，Ltd．，Zhuzhou412001，China；3．SchoolofMechanicalEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092，China）Abstract：Theheattransfercoefficientofmetrovehiclecarbodyisgenerallyobtainedbytest．Inthispaper，accordingtotheactualtestcondition，theCFDmethodisusedtosimulatetheheatconduction，convectionheatexchangeandradiationheattransferprocess，sotheapproximateactualheattransfercoefficientofmetrovehiclecarbodycanbeobtained．Keywords：metrovehicle；carbody；heattransfercoefficient；CFDsimulationcalculation电力机车与城轨车辆ElectricLocomotives＆MassTransitVehicles第36卷第2期2013年3月20日Vol.36No.2Mar.20th，2013研究开发◆◆为了保证地铁车辆内部温度保持在一定的范围内，除了安装采暖和空调设备外，还必须要求车辆具有一定的隔热性能。车辆的隔热性能是地铁车辆采暖、空调设备选型的重要依据，也是评价车辆性能及技术水平的重要指标之一。根据传热学基本理论，车辆空调系统的热负荷中的车体传热量与隔热壁的性能参数———车体传热系数K成正比。因此，较低的车体传热系数能减小车体传热量，降低空调能耗。本文利用CFD软件，建立复杂、真实的车体隔热壁模型，模拟K值试验条件下的导热、对流换热和辐射换热过程，从而得出接近实际的地铁车辆隔热壁传热系数。1车体传热的计算方法在车体热工性能的设计计算中，一般应用的是稳定传热原理，即车体中的温度分布和传热量始终是常数，不随时间变化。这样按稳定传热进行车体的热工性能计算是基本符合实际的，而且还可大大简化计算工作，这对实际的工程应用是很重要的。热量从车体一侧的空气中传至另一侧的空气中，其传热过程可以分为三个阶段：1）表面传热———热量从一侧的空气中传至车体的该侧表面。2）车体内部传热———热量从车体的一侧表面传至另一侧表面。3）表面传热———热量从车体另一侧表面传至该侧的空气中。这些传热过程包括了以热传导为主的车体内部的导热和以对流及辐射为主的车体和车内外环境之间的传热，这些传热过程的总体性能可由车体的传热系数K来表征。目前，车体传热系数可通过2种方法得到。一种是热工试验，TB/T1674—1993《铁道客车隔热性能试验方法》详细地规定了铁道车辆隔热壁传热系数的试验测定方法。另一种是传热计算，先分析车体内部导热和边界上的对流和辐射换热的特点，再进行传热-10-计算，然后才求出车体的传热系数。由于TB/T1674—1993规定了车体传热系数必须由试验得出，因此所有的计算必须以试验数据为准。1．1传统的传热学计算方法实际的地铁车辆的车体是一个三维的几何形状，特点为沿车体长度方向的尺寸远大于其它两个尺寸。传统的传热学计算方法把该车辆的车体看成由内饰、墙板、中间保温材料和外壁结构组成的一维多层平壁，忽略实际的车体的几何形状和多层平壁的差别，这样就能用传统的传热学分析方法来分析计算。具体计算公式如下：式中：K—车体传热系数，W／（m2·K）；αN—车辆静止时车体内表面和车内空气间的对流换热系数，αN＝8W/（m2·K）；λi—第i层车壁材料的导热系数，W/（m·K）；δi—每层车壁材料的厚度...