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KZ4A-C型电力机车屋内气流组织实验探究和数值仿真

第一章绪论1.1研究背景

目前我国铁路电气化率己经达到了36.7%，承担全部铁路货运量的50%，经济效益和社会效益十分显著。根据《综合交通网中长期发展规划》

,到2020年，中国铁路营业里程将达到12万公里以上，其中电气化铁路比重将达60%。图1一1显示了近20年中国电气化里程数及其占铁路总运营里程的百分比。由图中可以看出，中国的电气化铁路在近10年内的发展迅速,已经达到了世界第二，步入了世界电气化铁路的先进行列。随着我国电化铁路的发展，2003年至2005年内株洲南车集团先后向伊朗、乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦出口了整车电力机车，说明我国的列车制造技术已经达到了世界领先水平。

电力机车作为现代电气化铁路的一个重要组成部分，具有“重载、高速”特点。重载主要体现为大功率，特别是单轴功率的增加，我国的电力机车单轴功率已经由630kw发展到I000kW;调速经历从直流传动到交直传动，然后进入交直交传动时代，现在国内主要采用的是调节电频和电压的交流电机调速方式。由于出口机车的运行环境条件较广，乌车的运行环境温度为一40OC一50OC，哈车的运行环境温度为一50℃一45℃,运行时受到太阳辐射的影响大，而且机车司机室围护结构的组成复杂，机车内发热部件多，导致机车司机室内的工作条件很恶劣，因此空调系统成为电力机车

司机室中很重要的部分之一。

1.2电力机车空调系统综述1.2.1电力机车通风系统

我国电力机车通风系统从传统的、单一的设计模式走向多样化、简统化的设计模式，简单来说就是其发展经历了一个从不断完善到简单统一再到自成一体的过程。机车通风方式概括起来讲可以划分为车体通风方式、独立通风方式和车顶夹层通风方式三种(见表1一1)。目前我国的直流传动电力机车和动力车组，要求直接使用风冷冷却电气设备，对冷风干燥度有严格要求，故大都采用车体通风方式;而交流传动电力机车和动力车需要冷却的电气设备较少，也允许有少量雨水混入，故对于空气的含水量要求相对宽松，常采用室内无负压的独立通风方式或车顶夹层通风方式。

2.2电力机车司机室空调系统的特点

列车的发展经历了从第一次工业革命出现的蒸汽机车到内燃机车，

然后到近几十年发展起来的电力机车。世界上第一台列车空调出现与20世纪30年代，而电力机车空调的出现则更晚。随着科技的不断发展，列车时速也不断增加，导致原本就处于恶劣环境中工作的司机及助手出现身体不适，注意力和反应能力降低的情况;另外由于机车在高速运行时，车内的发热设备如果不能很好的将热量散出，会导致设备由于温度过高而启动自保护发生停机等故障。国外某大学的研究报告指出:当室外环境温度32℃

时，没有安装空调的列车比安装了空调的列车发生故障的几率增加了40%。

由于机车在运行过程中，司乘人员要开门开窗对机车或设备进行定期察看，此时室外热空气及机械间内的热空气(电力机车机械间采用独立通风方式，冷却风不与机械间内空气混合，机械间空气温度较高，约40℃左右)进入司机室，导致司机室温度骤升，因此要求司机室空调系统必须具有较高的降温速率。在铁道部发布的标准TB/T2866一1997中关于机车空调的部分也作出了相应的规定:在机车静止状态下，室内空调的降温速率不得低于8℃。

空调机组按其结构形式可以分为整体式空调和分体式空调两种。分体式空调分为室内机和室外机两部分，分体式空调具有外形美观、式样多、占地小、噪声低(可以低于40一50dB)、使用灵活等特点，可以多个室内机组和一个室外机组配套使用，室外机组的外形尺寸不受限制。但采用分体式空调一方面增加了成本，另一方面容易造成室内无新风，而且增加了部件之间的连接管和接头，导致制冷剂泄露的可能性和功耗增加。

第二章司机室空调系统试验研究2.1引言

由前文的介绍可知，司机室内良好的气流组织方式能够让人感到舒适，增加人员工作的安全性，因此为了评价机车司机室内空调系统的气流

组织，本章首先对南车集团试验站内的Kz4AC型电力机车司机室进行了试验研究，并测量出室内一些具有代表性的点和截面速度、温度值，与后文的数值模拟结果进行比较分析;同时测量出送、回风参数作为下一章计算模型的边界条件。

2.2电力机车简述

试验对象是南车集团运往哈萨克斯坦使用的Kz4AC型号电力机车。该型号机车采用整体承载式轻量化结构车体;设备布置采用集成化柜，平面斜对称布置，按照人机工程学设计的司机室符合中亚人的审美观。机车的基本技术参数如表2一1所示。图2一1就是试验电力机车的外观图。

2.3机车司机室空调系统

试验研究的空调采用上送下回形式，空气从后墙上方的