基于CFD仿真的列供离心风机风道分析与改进.pdf

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1、AcademicResearch技术交流基于CFD仿真的列供离心风机风道分析与改进吴飞，庞博，冯崎源（武汉理工大学机电工程学院，武汉430070）摘要：通过CFD仿真，模拟某列车供电柜中离心风机以及出风风道的流场和温度场。根据仿真，分析原风道设计散热效果不理想的原因。提出多套改造措施，并将新模型和原模型进行仿真对比。然后，将改进措施付诸制造并测试效果。仿真和测试结果表明，通过风机和风道的结构改造，减少了流场内涡流，提高了风量，并改善了风机的散热效果。关键词：离心风机；CFD仿真；风道中图分类号：TH4文献标志码：ADOI：10.16443/j.cnki.31-1420.2016.04.00

2、6AnalysisandImprovedDesignofCentrifugalFanandAirDuctUsedinTrainCabinetBasedonCFDSimulationWUFei,PANGBo,FENGQi-yuan(MechanicalandElectricalEngineeringDepartment,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)Abstract:Inthisstudy,CFDsimulationtechnologyisusedtosimulatetheflowfieldandtemperaturefieldo

3、ftheinteriorofcentrifugalfanandtheairducttotheoutsideinapowersupplycabinet.Accordingtothesimulation,thereasonswhyoriginalairductcannotachievetheidealheatradiationeffortarefoundandanalyzed.Thesimulationresultofseveralmethodsaremadeandthenewmodeliscomparedtotheorigin.Effectivemethodsarechosenandreal

4、izedinrealcabinet,andthenthenewcabinetistested.Thesimulationandtestresultshowthatitisbetterthantheorigininturbulence,airflowandheatradiationeffortbytheimproveddesignofstructuresinfanandtheairduct.Keywords:centrifugalfan;CFDsimulation;airduct0引言等）就可以直观地展现风机内部和风道中复杂的空气列车供电柜是电力机车电气系统的重要组成部流动。这对了解流道内空

5、气的运动情况，深入分析风分。供电柜内的电气元件包括大功率电感和电容、大机及管网中风量、风压和效率等气动特征有很大帮助。中型变压器等。供电柜中通风机的作用是对柜内元件风机风道的改造包括调整风机的结构（如蜗壳型风冷降温和保持柜内空气流通。这些元件的正常工作线、导流圈形状等）以及改变风道的尺寸和布局。构建和柜内空气的顺畅流通，使风机安置和风道设计成为改造措施的空间模型，并用仿真实验检验改造方案的效保证供电柜正常工作的重要问题。果，反复对比修改达到改进的目的。这类结合仿真的设随着计算流体力学（CFD）理论的不断完善以及计方法，可以节约开发新产品的成本，降低研发风险，[1]计算机性能的提升，采用相关

6、商用软件（fluent、CFX同时提高新产品可靠性以及缩短产品研发周期。作者简介：吴飞（1973—），男，博士。研究方向：机电工程。2016/4机电设备241CFD理论及计算模型RANS三种。工程中广泛使用的湍流模型是基于RANS1.1流体力学的基本方程的k-ε模型。随着研究的深入，k-ε模型衍生出标准k-ε流体力学的基本方程包括：连续性方程（质量守模型、RNGk-ε模型和Realizablek-ε模型。恒）、运动方程（动量守恒）和能量方程。流体运动一RNGk-ε模型通过NG方程重构，将关于黏性的解般遵循这些基本控制方程。下面给出这些方程的微分析方程拓展到低雷诺数领域，扩宽了原模型的适用范

7、形式：围。Realizablek-ε模型针对涡黏系数表达式Cu新增公1）连续性方程：式，使其由常量转为变量来实现对正应力的约束，在∂ρ→[3]解决旋转流动、二次分流等问题上有更好表现。+=div(u)0ρ∂t（1）式中，ρ为流体密度；t为时间；矢量u代表流体2风机流场的仿真分析质点在坐标（x,y,z）空间点处的速度矢量。2.1风机风道模型的建立2）运动方程：图1所示为某列车供电柜，内部分为前仓、后上duuxx∂∂p∂2→