CN108121840A - 一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法 - Google Patents

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王强
傅雪军
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Abstract

本发明提供了一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法，采用软件建立牵引变流柜和列车供电柜的三维水路模型，利用fluent软件模拟水路散热工况，合理配置电器屏柜间的水路分配。应用该方法可以省去复杂的人工计算，极大程度上提高了效率。

Description

一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法
技术领域
本发明提供了一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法，采用fluent软件模拟水路散热工况，合理配置电器屏柜间的水路分配。应用该方法可以省去复杂的人工计算，极大程度上提高了效率。发明的成果应用于电力机车电气屏柜制造领域，同时可拓展到工业、民用、铁路、船舶等行业领域。
背景技术
随着技术的发展，电力机车已经从直流传动时代迈入了交流传动时代，电力机车也因此走向了高速重载阶段，获得了前所未有的发展。电器屏柜是电力机车的重要组成部分，是机车电气性能得以实现的重要保障。另一方面，高压电气元件在使用中，伴随着大量热产生，这些热量如果不能及时被传导出去，就会导致电气元件损坏，导致运行中的机车发生故障，甚至引起火灾，造成巨大损失。因此电气屏柜内部散热问题的处理显得尤其重要。而水冷散热就是一种常用的为电气元件散热方式。但是对于复杂的电气系统，散热管路复杂，不同的电器屏柜对于散热的需求不一样，因此在设计时，就需要计算各屏柜的水路分配，以到达各个电气屏柜的需求，但是这一计算过程复杂，且需要技术人员有丰富的经验，否则很有可能计算错误，导致设计不合格，造成经济损失。
新型的电力机车设计中，需要实现的功能越来越多，电器屏柜内部的电器设备也越来越多，因此电器屏柜内部器件散热设计显的尤其重要。
目前，电力机车电器屏柜的散热管路水路分配设计主要由技术人员手工计算，此方法的缺陷是计算复杂，需要技术人员有相当的经验，否则很有可能计算错误，导致设计不合格，造成经济损失。
发明内容
一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法，该方法采用软件建立牵引变流柜和列车供电柜的三维水路模型。
优选地，该方法利用fluent软件模拟水路散热工况，从而实现对电器屏柜间的水路分配。
一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法，该方法的步骤为：
步骤一，建立牵引变流柜和列车供电柜的三维水路模型；
步骤二，将模型导入fluent软件；
步骤三，输入参数，例如液体流速等；
步骤四，计算机自动算出结果。
本发明采用软件建立牵引变流柜和列车供电柜的三维水路模型。利用fluent软件模拟水路散热工况，从而实现对电器屏柜间的水路分配。通过软件建立屏柜的三维模型，技术难度低，而且这是每个从事机车设计人员的必修工具。三维模型建好后，采用fluent软件对水路进行模拟，由于fluent是目前主流的流体仿真软件，里面集成了很专业的流体计算工具，可以得到在误差允许范围内的模拟值，可以替代手动计算，极大提高劳动生产效率。
附图说明
图1为本发明涉及的一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法流程图；
图2为本发明涉及的一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法并联管段计算图；
图3为本发明涉及的一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法的简化后的三维模型；
图4为简化后的三维模型导入到模拟软件fluent后形成图；
图5为功率模块发热功率设置图；
图6为冷却液参数设置图；
图7为本发明涉及的一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法的整个仿真框架图。
具体实施例
本发明提供了一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法。采用软件建立牵引变流柜和列车供电柜的三维水路模型。利用fluent软件模拟水路散热工况，从而实现对电器屏柜间的水路分配。通过软件建立屏柜的三维模型，技术难度低，而且这是每个从事机车设计人员的必修工具。三维模型建好后，采用fluent软件对水路进行模拟，由于fluent是目前主流的流体仿真软件，里面集成了很专业的流体计算工具，可以得到在误差允许范围内的模拟值，可以替代手动计算，极大提高劳动生产效率。如图1所示，步骤一，建立牵引变流柜和列车供电柜的三维水路模型；步骤二，将模型导入fluent软件；步骤三，输入参数，例如液体流速等；步骤四，计算机自动算出结果。
在传统的手动计算过程：在两节点之间，并接两根以上管段称为并联管道。如下图2中，节点A、B之间就是两根并接的并联管道。并联管道能提高输送流体的可靠性。
设并联接点A，B间各段分配流量为Q2，Q3(待求)，节点分出流量为qA，qB,由节点流量平衡条件
A：Q1＝qA+Q2+Q3
B：Q2+Q3＝qB+Q4
分析并联管段的水头损失，因各段的首端A和末端B是共同的，则单位重量流体由断面A通过节点A、B间的任一根管段至断面B的水头损失，均等于A、B两断面的总水头差，故并联各管段的水头损失相等。
hf2＝hf3
以阻抗和流量表示
S2Q2 2＝S3Q3 2
由上式得出并联管段的流量之间的关系，将其代入节点流量平衡关系式，就可求得并联管段分配的流量。
本发明采用软件模拟的方式，首先将已经建立好的牵引变流柜与列车供电柜三维模型进行适当简化以便用于仿真。简化的内容包括去掉柜体上的安装孔，过线孔，去掉螺栓螺母，这样的简化不会影响水路仿真结果，但是却可以缩短计算机模拟耗费的时间，简化后的三维模型见图3。将简化后的三维模型导入到模拟软件fluent中，见图4。模型导入后，经过网格划分等必要的前处理过程，就可以进行下一步参数的输入工作，参数输入包括冷却液参数设置，冷却液流量，功率模块发热功率等，见图5，图6。这些参数设定以后，运行仿真软件，等仿真运行结束后，即可得到水路分配结果，以及结果是否符合设计需求，图7为整个仿真框架图。表1所示是根据仿真得到的。根据模拟结果可知主变流柜和列供柜的水路分配分别为360L/min和40L/min可满足要求。
表1仿真结果数据表
本发明采用软件建立牵引变流柜和列车供电柜的三维水路模型。利用fluent软件模拟水路散热工况，从而实现对电器屏柜间的水路分配。通过软件建立屏柜的三维模型，技术难度低，而且这是每个从事机车设计人员的必修工具。三维模型建好后，采用fluent软件对水路进行模拟，由于fluent是目前主流的流体仿真软件，里面集成了很专业的流体计算工具，可以得到在差允许范围内的模拟值，可以替代手动计算，极大提高劳动生产效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法，其特征在于，该方法采用软件建立牵引变流柜和列车供电柜的三维水路模型。
2.根据权利要求1所述的一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法，其特征在于，该方法利用fluent软件模拟水路散热工况，从而实现对电器屏柜间的水路分配。
3.一种牵引变流柜和列车供电柜间水路的分配方法，其特征在于，该方法的步骤为：
步骤一，建立牵引变流柜和列车供电柜的三维水路模型；
步骤二，将模型导入fluent软件；
步骤三，输入参数，例如液体流速等；
步骤四，计算机自动算出结果。
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