Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 7
1.1. Назначение и условия работы силового полупроводникового прибора, как теплоэнергетического устройства 7
1.2. Анализ влияния частных термических сопротивлений на общее термическое сопротивление охлаждающей системы СПП 14
1.3.Системы охлаждения СПП 21
1.4.Анализ методов интенсификации конвективного тепло
обмена при вынужденном движении (применительно к
задаче охлаждения СПП) 27
1.4.1. Увеличение теплосъема за счет развития теплообменной поверхности охладителя 27
1.4.2. Методы интенсификации теплоотдачи за счет гидромеханического воздействия на поток воздуха 38
1.4.3. Интенсификация теплообмена посредством создания в потоке жидкости неоднородностей
давления 42
1.5. Выводы и постановка задачи 50
Глава П. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ДИФФУ30РН0-К0НФУ30РНЫХ КАНАЛАХ С ПРОНИЦАЕМЫМИ СТЕНКАМИ 52
2.1. Математическая модель движения жидкости в каналах переменного сечения с проницаемыми стенками 52
2.2. Алгоритм решения. Описание расчетной программы.. 59
2.3. Результаты исследования характеристик течения жидкости в конфузорно-диффузорных каналах с проницаемыми стенками 65
Выводы 68
Глава Ш. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В СИСТЕМЕ ОХЛАЩЩНИЯ СПП 74
3.1. Экспериментальная установка. Методика проведения опытов 74
3.2. Планирование эксперимента. Методика обработки опытных данных 84
3.3. Результаты обработки опытных данных 98
3.4. Коэффициент эффективности перфорированного ребра 112
3.5. Анализ экспериментальных данных по теплоотдаче и сопротивлению моделей охладителя СПЯ 115
Выводы 124
Глава ІУ. РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОЙ ТШЛООБМЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
ОХЛАДИТЕЛЯ СИЛОВОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА... 125
4.1. Оптимизационный расчет параметров теплообменной поверхности 125
4.2. Инженерная методика теплового расчета эффективной теплообменной поверхности для воздушного охладителя СПП 132
4.3. Разработка и испытание охладителя с новым узлом крепления СПП к радиатору 138
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 146
ЛИТЕРАТУРА 150
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Введение к работе
В решениях ХШ съезда КПСС указано: "Главная задача одиннадцатой пятилетки состоит в обеспечении дальнейшего роста благосостояния советских лвдей на основе устойчивого поступательного развития народного хозяйства, ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, более рационального использования производственного потенциала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работы" [I].
Чтобы решить эту задачу, необходимо повысить технико-экономические показатели производственного оборудования, в том числе и транспортных электроаппаратов, где массо-габаритные ограничения играют особенно существенную роль. Одним из важнейших узлов на электроподвижном составе и тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог, метрополитенах, тепловозах и пассажирских вагонах усовершенствованных конструкций является преобразовательная установка. Основу этих установок составляют силовые полупроводниковые приборы (СПИ). При прохождении через СШІ тока возникают электрические потери, обуславливающие выделение тепла, для отвода которого в окружающую среду СПП снабжаются охладителями различного типа.
В связи с повышением мощности электроподвижного состава,тепловозов и устройств тягового снабжения и соответствующим увеличением токовых нагрузок СПП разработка эффективных систем охлаждения стала весьма важной и актуальной задачей.
Вопросами проектирования и исследования различных систем охлаждения на протяжении ряда лет успешно занимаются МИИТ, ЛИШЕГ, ВЭИ им. В.ИДенина, СКВ Таллинского электротехнического завода им.Калинина, ВЭлНШ и другие организации. Предметом их исследования являются как воздушные, так и жидкостные охладители. Последние более эффективны (особенно охладители испарительного действия)» Однако они более сложны по конструкции, предъявляют более жесткие требования к условиям эксплуатации, а главное, нуждаются во вторичной системе охлаждения, где воспринятое охлаждающей жидкостью тепло должно быть отдано окружающему воздуху. Последнее обстоятельство затрудняет их применение на транспортных установках. Воздушные охладители в этом отношении предпочтительнее. Они не нуждаются в специальной охлаждающей среде и, работая по разомкнутому контуру,не требуют вторичной системы охлаждения. Однако коэффициент теплоотдачи в таких системах невелик и поэтому для реализации достоинств воздушной системы охлаждения необходима интенсификация теплообмена.
Вопросы интенсификации конвективного теплообмена в системах воздушного охлаждения СИЛ и посвящена настоящая диссертационная работа.
Диссертация состоит из четырех глав. В первой главе проведен анализ существующих систем охлаждения силовых полупроводниковых приборов на электроподвижном составе; рассмотрены результаты исследований по интенсификации теплообмена в них и проанализированы сведения об эксплуатации этих систем. Выполненные расчеты показали, что термическое сопротивление конвективного теплообмена играет наиболее существенную роль в процессе обеспечения нормального режима работы силового полупроводникового прибора; В связи с этим была изучена литература по интенсификации процессов конвективного теплообмена применительно к условиям работы СПП. Установлено, что наиболее приемлемым методом интенсификации является метод, основанный на идее двустороннего вдува и отсоса пограничного слоя. В конце первой главы обоснованы актуальность темы диссертационной работы и сформулированы цели и задачи исследования.
Во второй главе диссертации сформулирована и с помощью ЭВМ изучена математическая модель аэродинамики потока в системе последовательно чередующихся конфузорно-диффузорных каналов с проницаемыми стенками. Результаты этих расчетов использованы для количественной оценки влияния конструктивных и режимных параметров на особенности течения воздуха в охладителе СПИ.
В третьей главе диссертации приведены результаты опытного исследования теплообмена и потерь напора, выполненного с учетом теории математического планирования эксперимента, в упомянутых выше каналах. На основании анализа опытных данных определены значения геометрических характеристик тепдообменной поверхности,обеспечивающие максимальный коэффициент эффективности охладителя СПИ.
Практическому применению полученных результатов посвящена четвертая глава. В ней приведена инженерная методика теплового и аэродинамического расчета предложенных охладителей и описана их конструкция.
Разработанные охладители, а также методика их расчета, внедрены во Всесоюзном научно-исследовательском проектяо-конструктор-ском и технологическом институте электровозостроения, где используются при создании мощных магистральных электровозов.
Диссертационная работа выполнялась в рамках темы Э 0183020--2371 "Создание и освоение производства электровозов с бесколлекторными тяговыми электродвигателями" на основании постановления ГК НТ СССР и Госплана СССР от 8.12.81 г. Л 491/244 приказ & 729.
Автор выражает искреннюю признательность научному консультанту - кандидату технических наук, старшему научному сотруднику И.В.Скогореву за ценные консультации и советы, которые были учтены при работе над диссертацией.
