地鐵車輛牽引變流器的熱管散熱器的數值模擬

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來簡化散熱器在柜體方面的結構。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的關系。經過研究我們可以發現，對于熱管散熱器而言，即使在車輛的運行速度比較低的情況下散熱效果依然優良的結論。

關鍵詞：地鐵車輛；牽引變流器；熱管散熱器

1 散熱器的結構與模型出現泄漏的縫隙

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，例如風冷、水冷以及走形冷風等等。對于風冷，我們一般選擇采用風機和風道的配置來完成，但是使用風機會有一定的安全隱患，而且在風機的運行過程當中會產生比較大的噪音。水冷系統則是由于其整體的結構與安裝過程都十分的復雜，而且在運行時經常會出現泄漏的風險，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的方式來對地鐵車輛牽引器的熱管散熱器進行降溫，這樣可以省去對于風道和風機的使用過程，進而簡化散熱柜的柜體結構，在這樣的結構優勢下，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勢。為了確定這個優勢是否存在，我們需要對于熱管散熱器的性能進行分析，我們一般采用專業的軟件對其車輛牽引電流器進行模擬分析，進而能夠明確當前的溫度和流速的分布特性以及熱管性能對散熱效果產生的影響。

本圖是關于導熱系數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系，其中其實最高溫度的上升幅度會和軸向導熱系數兩者之間呈現出反比作用，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 研究結果的相關分析

一般地鐵在運行時的平均速度大概為66千米每小時，最高時可能會達到80千米每小時，對于散熱器而言，隨著列車運行速度的提高，流經散熱器的風速將會隨著提升，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行速度下的相關性能進行分析。我們在有散熱器的金屬外罩時，流經散熱器的空氣會首先被外罩以及相鄰的散熱片擋住，導致流進與流出外罩的孔的時候速度并不一致，局部甚至可能會達到16千米每小時；如果散熱器沒有外罩，那么空氣流經散熱片比較順利，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行研究，發現在列車以20千米每小時的速度進行正向行駛時，沒有外罩的熱管散熱器內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部局部最高溫度的變化情況進行分析，發現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，它有極強的導熱性以及良好的等溫性，所以隨著散熱器接收到熱量，可以經由熱管極快的將散熱器底板上的熱量傳導到散熱片當中來，在整個散熱器進行熱量傳遞的過程當中，熱管的性能好壞以及相關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熱硅脂來增強散熱效果，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。一般我們會將熱管的蒸發段嵌入散熱器底板的深度設計的比較大，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的。

3 結語

我們在進行變流器的相關產品的設計與研發時，最好能夠提前對其進行熱分析，才能夠提高用于地鐵這種公共交通的散熱產品的可靠性，進一步提升我們的設計水平以及專業的研發能力。當前社會，配備了散熱器的牽引變流器已經能夠廣泛在許多地區進行使用，而且得到的反饋結果都比較好，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，也進一步證明了我們的分析方法所分析出的結果的可靠性。

參考文獻：

[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].南京工業大學，2014.

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