地鐵車輛牽引變流器的熱管散熱器的數(shù)值模擬

周芳

摘要：一般對于車輛的牽引器而言，越來越多的地鐵上都開始進(jìn)行了采用，一般來講，對于變流器我們會選擇采用熱管散熱器加上流動的冷風(fēng)來簡化散熱器在柜體方面的結(jié)構(gòu)。為了能夠更好的分析熱管散熱器的散熱性能，我們下面將使用相關(guān)的專門軟件來分析散熱器的流速與溫度的分布特點以及相應(yīng)的關(guān)系。經(jīng)過研究我們可以發(fā)現(xiàn)，對于熱管散熱器而言，即使在車輛的運(yùn)行速度比較低的情況下散熱效果依然優(yōu)良的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；牽引變流器；熱管散熱器

1 散熱器的結(jié)構(gòu)與模型出現(xiàn)泄漏的縫隙

對于大功率的電力電子器件而言，我們可以選擇的散熱方法有很多種，例如風(fēng)冷、水冷以及走形冷風(fēng)等等。對于風(fēng)冷，我們一般選擇采用風(fēng)機(jī)和風(fēng)道的配置來完成，但是使用風(fēng)機(jī)會有一定的安全隱患，而且在風(fēng)機(jī)的運(yùn)行過程當(dāng)中會產(chǎn)生比較大的噪音。水冷系統(tǒng)則是由于其整體的結(jié)構(gòu)與安裝過程都十分的復(fù)雜，而且在運(yùn)行時經(jīng)常會出現(xiàn)泄漏的風(fēng)險，所以對于地鐵牽引器，出于安全性和可靠性的考慮，我們一般選擇采用熱管散熱器加上走行冷風(fēng)的方式來對地鐵車輛牽引器的熱管散熱器進(jìn)行降溫，這樣可以省去對于風(fēng)道和風(fēng)機(jī)的使用過程，進(jìn)而簡化散熱柜的柜體結(jié)構(gòu)，在這樣的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢下，如果能夠同時保持對于散熱效果的肯定，那么將會比其他散熱方式擁有更加明顯的優(yōu)勢。為了確定這個優(yōu)勢是否存在，我們需要對于熱管散熱器的性能進(jìn)行分析，我們一般采用專業(yè)的軟件對其車輛牽引電流器進(jìn)行模擬分析，進(jìn)而能夠明確當(dāng)前的溫度和流速的分布特性以及熱管性能對散熱效果產(chǎn)生的影響。

本圖是關(guān)于導(dǎo)熱系數(shù)對于溫度的影響折線圖，其中主要有正向行駛以及反向行駛兩個反向的影響關(guān)系，其中其實最高溫度的上升幅度會和軸向?qū)嵯禂?shù)兩者之間呈現(xiàn)出反比作用，需要對于芯片的最高溫度需要控制在極限溫度的百分之七十到八十之間。

2 研究結(jié)果的相關(guān)分析

一般地鐵在運(yùn)行時的平均速度大概為66千米每小時，最高時可能會達(dá)到80千米每小時，對于散熱器而言，隨著列車運(yùn)行速度的提高，流經(jīng)散熱器的風(fēng)速將會隨著提升，為了能夠更好的研究在惡劣的工作情況下的熱管散熱器的散熱性能，我們一般選擇對于20千米每小時以下的運(yùn)行速度下的相關(guān)性能進(jìn)行分析。我們在有散熱器的金屬外罩時，流經(jīng)散熱器的空氣會首先被外罩以及相鄰的散熱片擋住，導(dǎo)致流進(jìn)與流出外罩的孔的時候速度并不一致，局部甚至可能會達(dá)到16千米每小時；如果散熱器沒有外罩，那么空氣流經(jīng)散熱片比較順利，最高的流速也并不是那么高，會相對低于有外罩時熱管散熱器的空氣流速。然后我們對于熱管散熱器的溫度分布進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在列車以20千米每小時的速度進(jìn)行正向行駛時，沒有外罩的熱管散熱器內(nèi)部的最高溫度與有熱管散熱器的最高溫度相差并不是很大，這也主要是因為我們的外罩上的小孔開口率相對比較大，所以對整個散熱器最終產(chǎn)生的影響并不是很大。然后我們對于地鐵在不同的速度下行駛時熱管散熱器內(nèi)部局部最高溫度的變化情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隨著列車行駛速度的增加，最高溫度在不斷的降低，而且速度的增加會導(dǎo)致最高溫度的下降速度變得越來越慢，對于列車的行駛方向來看，正向行駛時的最高溫度要低于逆向行駛時的溫度。

本土主要需要對于不同行駛速度之下熱管散熱器最高溫度的變化情況，以及其中隨著地鐵車輛的形式速度的提高逐漸呈現(xiàn)出一種下降的趨勢，反向速度行駛之下與正向行駛之下的最大速度之間差出四點五度到十度，反向速度要比正向速度更高。

對于熱管散熱器而言，其中的熱管具有狂好的金屬性能，它有極強(qiáng)的導(dǎo)熱性以及良好的等溫性，所以隨著散熱器接收到熱量，可以經(jīng)由熱管極快的將散熱器底板上的熱量傳導(dǎo)到散熱片當(dāng)中來，在整個散熱器進(jìn)行熱量傳遞的過程當(dāng)中，熱管的性能好壞以及相關(guān)接觸熱阻的大小都會直接影響到最終的散熱效果，對于這個問題，我們一般采取的辦法是將所有的接觸到的地方都涂抹導(dǎo)熱硅脂來增強(qiáng)散熱效果，同時我們也可以在IGBT與散熱器之間采用一個合適的緊固力矩進(jìn)行加固，從而保證這兩者之間的接觸熱阻可以在一個合適的范圍內(nèi)。一般我們會將熱管的蒸發(fā)段嵌入散熱器底板的深度設(shè)計的比較大，保證這兩個部分接觸面積比較大，能夠有很好的接觸，而且同時熱管與散熱器之間的接觸熱阻設(shè)計的比較小，一般厚度比較小的話散熱片與熱管之間的接觸會比較容易出現(xiàn)問題，所以保證這兩者之間的良好接觸是要通過一個合適的加工工藝來保證實現(xiàn)的。

3 結(jié)語

我們在進(jìn)行變流器的相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計與研發(fā)時，最好能夠提前對其進(jìn)行熱分析，才能夠提高用于地鐵這種公共交通的散熱產(chǎn)品的可靠性，進(jìn)一步提升我們的設(shè)計水平以及專業(yè)的研發(fā)能力。當(dāng)前社會，配備了散熱器的牽引變流器已經(jīng)能夠廣泛在許多地區(qū)進(jìn)行使用，而且得到的反饋結(jié)果都比較好，這也在一定程度上證明了熱管散熱器可以滿足交通線路上對于牽引器散熱的需求，也進(jìn)一步證明了我們的分析方法所分析出的結(jié)果的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]施玉潔.高速動車牽引變流器用板翅式熱管散熱器傳熱性能研究[D].南京工業(yè)大學(xué)，2014.

[2]李佳.傾角與充液率對牽引變流器用板翅式熱管散熱器傳熱性能的影響[D].南京工業(yè)大學(xué)，2015.