动车组顶板隔热仿真分析

动车组顶板隔热仿真分析

摘要 随着动车组性能的不断提高，车体结构和材料也随之有了一系列的改变，这些变化对动车组车体隔热性能会产生一定的影响。动车组顶板隔热性能是影响车体传热的主要因素之一，研究不同顶板结构以对隔热性能的影响，对于分析动车组运行能耗、确定其空调负荷、避免恶劣工况（内壁结露、局部温度过高）的出现、以及维持车内舒适的热环境均有着重要的意义。本论文综合采用理论分析、数值模拟和实验测试等方法，通过对动车组顶板隔热性能的计算和分析，总结车体各结构的实际性能，为新一代高速动车组的隔热性能设计提供理论上的指导和实用的工具。

关键词 动车组顶板；隔热；仿真

中图分类号 U266 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）092-0096-03

1 仿真计算方法

本论文研究中用有限单元法对车体结构进行划分，并通过加载第三类边界条件，利用计算仿真软件对车体的热工性能进行计算仿真。

对于无内热源稳态温度场的各向同性物体导热微分方程三维问题，方程的形式为：

第三类边界条件是指与物体相接触的流体介质的温度Tf 和换热系数α为已知。表示为：

α与Tf 可以是常数，也可以是某种随时间和位置而变化的函数。如果α与Tf 不是常数，则在数值计算中经常分段取其平均值作为常数。根据以上的计算公式，利用计算机对网格进行自动剖分，来进行温度场的计算。

2 传热系数计算方法

车壁一般分为三层：车体，隔热层，内饰件，按第三类边界条件的多层平壁导热计算，车体隔热均质多层壁的传热系数计算式如下所示：

车体内外表面的对流换热系数根据铁标《空调客车热工计算书》（TB1957-87），《客车采暖通风设计参数》（TB1955-87），《客车空调设计参数》（TB1951-87），对普通客车静止和不同速度下的车体内、外表面换热系数做出的规定确定。以列车时速350 km/h计算，内表面换热系数推荐为8 W/（m2·K），外表面换热系数考虑车速的影响，按铁路合作组织备忘录P-538/3推荐换热系数的计算公式计算：

通过上式，可计算出不同速度下车体外表面对流换热系数，如350 km/h速度车外表面的对流换热系数为176.2 W/（m2·K）。

3 构件传热模型及仿真计算

根据典型结构以及做仿真模拟计算的典型温度，在构件的仿真模拟当中采用以下的边界条件：

3.1 双层铝合金型材顶板有风道传热模型及仿真计算 3.1.1 设定条件

3.1.2 建立模型及划分网格 3.1.3 温度场

对于双层铝合金型材顶板有风道处，车体内部表面的温度由图可见，其分布比较均匀，约为19.40℃，内壁温度高于车内空气的露点温度，故型材处车体内