第１２期（总第４７８期） 铁道机车与动车 ２０１３年ｌ２月 Ｓ形水道水冷板传热特性研究 苗苗，王硕，李雪冬 （大连机车研究所有限公司，辽宁大连１１６０２１） 摘要：通过数值仿真计算分析及试验，对ｓ形水道水冷板传热特性进行研究。绘制了热阻与 流速的关系特性曲线，数值仿真结果与试验结果基本稳合。通过分析水冷板板面温度分布情况，提 出Ｓ形水道水冷板设计时的基本准则。 关键词：Ｓ形水道；水冷板；传热特性；仿真分析 中图分类号：Ｕ２６４．５ ５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：２０９５－５９０１（２０１３）１２－００１６－０３ （４）待试验件进ｒ』冷却液温度达到规定值，丌 １ 引言 水冷板主要用于冷却高热流密度的半导体器 件，如ＩＧＢＴ。ＩＧＢＴ的结温对其工作时可靠性影响 很大，结温过高会导致半导体器件失效，当工作温 度每升高２ 时，叮靠性下降１０％ｕ Ｊ。与直线型均 匀分布水道相比，Ｓ形水道不存在各个流道流体分 肩试验设备ｒ｝ｌ的散热器； （５）待试验件进口冷却液温度稳定时，记录数 据，包括试验件进ｆ¨［１温度、压力、加热元件与水冷 板安装面问的温度、试验件冷却液流齄等。 布不均匀的情况，在一定程度上改善了散热效 果 ，其加 ｌ：１二艺简便。本文对Ｓ形水道水冷板的 传热特性进行了数值仿真和试验研究，旨在验证数 值仿真结果的可信程度，分析ｓ形水道水冷板温度 场分布规律。 ２ ４ ２试验系统 ２．１试验方法 水冷板试验系统示意图如图１所示，箭头方向 为冷却液流动方向，具体试验步骤如下。 （１）检查试验系统是否连接正常，打开所有阀 门，开启离心泵，使系统充满冷却液； ５ 图ｌ试验系统示意图 ｌ一离心泵；２一压力传感器；３一温度传感器；４一试 验件；５一过滤器；６一流量计；７一膨胀水箱；８一试 验设备用散热器。 （２）监测质量流量讣，同时调整阀门，使冷却 液流星达到规定值； ２．２数据处理 （３）开启试验件加热单元至要求功率，监测试 验件进ｒｊ冷却液温度； 水冷板热阻计算： Ｒ＝（ 一 ）／Ｑ （１） 式中：Ｒ为水冷板热阻，Ｋ／Ｗ；Ｑ为冷却液散热量， ｗ； 为冷板受热面的最高温度 ，Ｋ；Ｔｉ为冷却液 收修回稿日期：２０１３－０８—１３ 作者简介：情苗（１９８２－－），女，辽宁抚顺人，工程师。 进口温度，Ｋ。 Ｑ＝ｉｎ×Ｃ。×（ 一 ） （２） ４２ 铁道机车与动丰 ２０１３年 ３防范措施 ３．１ 整治步进电机三相绕组电路及限流电阻 （１）对所有Ｉ）ＦｓＢ删机车步进电机限沈电ｍ进 为避免 柴油机转速控制电路绝缘 良（接 地）造成故障隐忠，要求每次机乍绝缘检测时，应用 联接线短接Ｘ１４．／６、７、８、９，分别对驱动搽输入（ 控 信号）、输…（步进电机绕组）电路进行单独绝 缘检测。 行普查，纠正规格错装电阻。 ２）根据南方气候特点，通过理论计算及实践 验证，取消限流电阻的调节卡箍，保证步进电机三 ４整治效果 我段自２０ｉ１年５月开始，利用近３个月时问 卡｝ｉ绕组串接电阻值牛ｆｊ等。 （３）对步进电机联接电缆两端接线端予进行 锡焊』ＪＩｊ 。 （４）机车每次小辅修测 步进电机三相绕组 符 路电 。 ３。２ 制定驱动器检修、试验规范 先对当时已配属的共计９７台ＤＦ８Ｂ型机车柴油 机转速渊控电路（器）进行令而普 整治，并使符 项措施常态化，时后期配属（调拔）机 入段即全 面整治。 （１）由于两种型式步进电机工作电流差异较 机车配属初期（ 治前），我段 均发生浚类 途巾故障达７．３件次，其中Ｇ１类及以上故障１．１ 件，故障临修１３．６台次；２０１２年，我段配属的１１８ 台ＤＦ８ｔ￣型机车全年发生上述途中故障仪ｌ５件次． 』 ｊ均１．２５件，降幅为８２ ９％，故障发生率与其他型 号 ｒ线机车基本持平。…・年多时间的运朋实践表 大，原则上： 允许通过参数调整改变其与联合调节 器的刈‘应关系。即对所有ＤＦｓＢ型机车驱动器进行 普查，在 板Ｉ｝Ｉ央醒目位置粘贴“３０２专用”或“８００ 々用”标识。 （２）积累驱动器备品装Ｊ｝＝｝ｊ时实际 ：ｒ 作状态数 据，为检修试验时参数整定提供依据。 明，通过落实上述各项整治措施，我段ＤＦｓＢ型机车 柴油机转速异常惯性故障得到了遏制，确保｜ｒ （３）更换驱动器时，确认司控器“升、降”每挡 位转速实际控制状态，ｍ专业检修人员对驱动器 “步长”、“步数”等参数微调。 ３．３增补柴油机转速控制电路绝缘检测要求 乖 矫 乔 筇 乖 乔 筇 筇 带 彤 幽秘 ｓ 出 机车的运用安全，节约了大 故障处理造成的人 力、物力，赢得了机车乘务员的高度肯定，樱治效果 明显。 【上接第ｌ８页】 （２）设计ｓ形水道水冷板应将热流密度高的 冗件布置在靠近冷却液进口处，并同时分析各部分 的水道数量。 事 ｐ 宣 参考文献： １＿｝徐小宁。开关电源可靠性设计研究ｆ Ｊ ．电气 动自动化， ２００９，３１（３）：２７一—＿３】 ｆ２ 吏淼川．电力电子设备水冷散热器的数 ｆ｝ｆｆ模拟［Ｄ］．北京： 华北电力大学，２００６． 冷却液流速／ｍ－Ｓ。 【３ｊ ＧＢ／Ｔ ８４４６．２－．－２００４，电力半导体器件用散热 第２郫分：热 阻和流阻测试方缓ｆ Ｓ］ 『４］Ｘｕ Ｗ，Ｍｉｎ Ｊ Ｃ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓ Ｏｆ ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒｍ￣ｓｆｅｒ ｉｎ ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｕｓｉｎｇ ｔｉｍｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ａｎｄ ｔｉｍｅ—ｉｎ— ５热阻与流速荚系曲线 ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｆｌｏｗ ｍｏｄｅｌｓ ｆ Ｊ１ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ， ５ 结论 通过数值仿真分析及试验测量对Ｓ彤水道水 冷板传热特性的研究得Ｈ＿；以下结论： （１）通过仿真分析结果与试验数据对比，说明 仿真分析缔粜可信，采．『＿ｉｊ逆流布置的ｓ形水道的水 冷板各ＩＧＢ ｒ安装面表嘶温度较均匀。 ｝５］ ２００４，１１（４）：３４７—０５７． 文铨．数值传热学（第二版）［Ｍｊ ：，２００１． ：明安交通大学出版 ｒ６］ Ａｔｋｉｎｓｔｍ Ｋ Ｎ，Ｄｒａｋｕｌｉｅ Ｒ，Ｈｅｌｋａｌ ＭＲ Ｔｗｏ ａｎｄ ｆｌｗｅｅ—ｄｉｍｅｎ— ｓｉｏｎａｉ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｌｆｏｗ ａｎｄ ｈｅａｔ ｇｒａｎｓｆｅｒ ｏｖｅｒ ｌｏｕｖｅｒｅｄ ｆｉｎ ａｒｒａｙｓ ｉｕ ｅｏｆｆｔｐａｃｔ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａ１ ｏｆ ［／ｅａｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，１９９８，（４１）：４０６３一－４０８０．
