车载变压器散热器空气侧传热和流动特性的数值的分析研究.pdf

Dissertation/Thesis Submitted to Hebei University of Technology for The Master Degree of Power Engineering NUMERICAL STUDY ON AIR SIDE HEAT TRANSFER AND FLOW CHARACTERISTICS OF HEAT EXCHANGER USED ON ELECTRIC OTIVE TRANSFORMER By Liu Yuanyuan Supervisor: Prof. Wang Xiuchun December2012 原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容,也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名: 日期: 关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定:学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务;学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流;学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名: 日期: 导 师签名: 日期: 河北工业大学硕士学位论文 i 车载变压器散热器空气侧传热和流动特性的数值研究摘要我国铁路运输事业随着综合国力的增强快速发展,特别是近10年来,电力机车保有量和铁路电气化运营里程逐年上升,这就对冷却电力机车主变压器的散热器提出更高的要求。从上世纪90年代初,设计先进、结构紧凑、性能优良、可靠性高的铝质板翅式散热器开始应用于新型电力机车。波纹翅片作为板翅式散热器一种扩展强化传热表面,加工工艺简单、传热性能高,在各种紧凑板翅式散热器上获得广泛应用。车载变压器散热器空气侧采用波纹翅片结构极大的提高了空气中污物颗粒的通过能力,降低了污物颗粒沉积粘附在散热器翅片上的可能性,解决了散热器易污脏、清洗间隔周期短、维护工作量大等问题。对波纹翅片的热力性能进行研究,不仅有利于提高车载变压器散热器系统的整体性能,而且对改进板翅式散热器的结构设计,推出更高效节能的散热器有重要的指导意义。本文采用不同的湍流模型分别对不同雷诺数Re下波纹翅片的传热特性和阻力特性进行了数值研究,并与Kays和London经典试验数据进行对比,证明了CFD数值模拟技术用于研究波纹翅片传热和流动特性方面的可行性。通过改变波纹翅片的基本几何参数波幅、波长、间距、高度、厚度、圆角半径等,得到了雷诺数Re与传热因子j和阻力因子f的关系曲线以及雷诺数Re与综合传热因子j/f 的关系曲线,通过对波纹通道内温度场和速度场的变化分析了改变翅片基本几何尺寸对散热器传热和阻力性能的影响,同时运用场协同原理深入分析了波纹翅片的传热机理,为优化波纹翅片结构,提高翅片换热性能提供理论指导和技术支持。关键词:变压器散热器,波纹翅片,数值模拟,传热因子,阻力因子车载变压器散热器空气侧传热和流动特性的数值研究 ii NUMERICAL STUDY ON AIR SIDE HEAT TRANSFER AND FLOW CHARACTERISTICS OF HEAT EXCHANGER USED ON ELECTRIC OTIVE TRANSFORMER ABSTRACT With the enhancement of the comprehensive national strengthen, railway transport in China gets rapid development. Especially in the recent 10 years, the quantities of electric otive and the mileage of railway transport is rising year by year, which put forward higher requirement of the heat exchangers used for cooling the electric otive main transformers. Since 1990s, the aluminum plate-fin heat exchangers have begun to use