CRH3型车体结构
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高寒地区列车车体隔热系数计算方法汇总
一、车体结构
根据资料查询，我国列车分为普速列车、快速列车系列、高速列车（CRH）系列。现取CRH380BL予以说明列车结构。由CRH380B经由需求而改制性能的型号。在查询相关资料后，我们将车体传热的部分划分为以下部位：（车头部位不予传热考虑）
（CRH3系列中间车车体结构分析图）
分析部位即：端墙、侧墙、底架、车顶
1.1车顶
车顶结构：车顶结构由大型中空铝合金拼焊而成，把车顶组装成一个单元，在安装完大型车内设备后，再与其他车体构架焊在一起；车顶端部设加强结构，它由横梁、纵梁、盖板等构成。
1.2侧墙
侧墙：由大型中空铝合金拼焊而成，在型材内侧有T型槽或L型导轨，用来安装内装件或设备；附件的生根方式有粘接、铆焊和焊接等；其铆接的吊码与侧墙之间有塑料垫板，具有减震的功能。侧墙上有开口，用于固定车床、车门柱、车门安装托架等也是侧墙的一部分。
1.3端墙
端墙：主要由四部分组成：门框、角柱、端墙板和端
墙附件组成。端墙用防寒材需要一种具有良好性能的
耐火矿物防寒材（岩棉）。
在车顶横梁下焊接内端墙，其与端部车顶、底架通
过台部分形成整体承载框架结构，增加整车刚度。1.4底梁
底粱：主要由支持车体重量和转向架相接的枕梁；传达前后方向里的侧梁、端梁、中梁；支持客室设备和乘客等并吊装地板下机械部分的横梁几大部分组成。
一、车体各部分传热系数计算
考虑到高寒地区气温较低，需考虑温度对材料传热系数的影响，详见附表一。
将不同部位视作多层平壁进行计算
∑=++=
n
i w
t t n K 111
1
αλδα
式中：
为车体内侧换热系数，
；
为车体隔热壁中某层材料的厚度，m ；
为车体隔热壁中材料的导热系数，
;
为车体外侧换热系数，
。
对静止列车，参照相关标准，内表面换热系数取，外表面换热系数
取16。
参考车体各部分材料见附表二，部分材料传热系数见附表三。
门窗结构较为简单，K 值可通过实验测得。如由于现有条件不满足实验测量，可按单层平壁进行计算。
三、车厢整体的传热系数计算
3.1视为一维非稳态，忽略冷热桥的作用
计算Re ，判断其是否为重力起作用的有限空间自然对流，从而决定是否采用boussinesq 假设进行计算，忽略P 变化引起的密度变化，只考虑温度变化引起的密度变化。同时忽略辐射换热。 将列车整体，围护结构简化为多层平壁进行计算，根据车体内的导热和壁面的对流换热的特点，进行传热计算，得到传热系数K 值。
∑=++=
n
i w
t t n K 1111
αλδα
根据车厢各部分的K 值，可求得整车的平壁K 值K P ：
∑∑===
n i i
n
i I
I
P A
A K
K 1
1
3.2考虑冷热桥作用
由于车体连接形式比较复杂，隔热层处会出现断点，导致热桥的出现，使车体传热出现
不均匀性，一维稳态多层平壁传热计算已不能满足精确度，因而必须对热桥进行传热分析。
车体各部分壁面自外向内一般分为3层：车体、隔热层、内饰件．在内外壁之间经常有穿透螺栓、结构槽钢等热桥构件．由于热桥结构的复杂性，在计算车体K 值时，可先按无热桥的平壁结构计算各部分车体的传热系数，然后按照热桥的影响性，对车体K 值进行修正．
热桥可以通过热工计算、模拟测试或者实测得出定量的结果。现在已有一些计算机模拟软件，可以显现出在不同条件下热桥部位的温度与热流状况。
（1）根据中国铁标算法， P S K K K = 未给出具体修正系数
（2）由网络上查询的某动车生产企业内部经验公式：P S K K K +=,K S 取值固定为1。 （3）根据日本标准算法，考虑热桥影响时，对除窗户外的各部分平壁K 值乘以安全系数2，再求得整车的平壁K 值。
（4）热桥可以通过热工计算、模拟测试或者实测得出定量的结果。现在已有一些计算机模拟软件，可以显现出在不同条件下热桥部位的温度与热流状况。
通过修正系数计算热桥，无法判断数据的准确性，故最好采用模拟测试或实测得出定量结果。
3.3考虑列车运行状态 3.3.1静止状态
列车静止时，传热系数按上述计算。 3.3.2列车运行
列车运行时，需考虑外部空气对流换热。
由铁标可知，车厢壁外表面空气对流传热系数：66
.05.39V
+=α
V:列车运行速度，单位km/h α：单位：W/(m 2·K)
运行过程中，内壁传热系数不变，根据此边界条件进行计算，得到K 值。 3.3仿真计算法
随着计算机技术的发展，可以采用有限元计算法，对列车车体的热桥结构单独建立模型计算，可以准确反映出热桥结构的复杂传热过程，精确计算热桥结构处的传热系数[5-7]，并分析其对车体传热的影响．
本文用ANSYS 有限元软件对该动车组车体中的热桥结构进行模拟计算．以铝合金地板区域槽钢热桥结构为例说明模拟计算过程，其他热桥结构模拟不再一一列举．
首先建立传热模型(图2)，然后划分网格，设定边界条件并计算．图3为计算得到的热流密度场．热桥中心处的热流密度最大，由热桥中心向周围热流密度逐渐趋向正常平壁热流密度．以平壁的热流密度作为基准．
当热桥周围某点处热流密度与正常热流密度相差3 时，即把该点作为分界点，根据对称性，以热桥中心到该点的距离作为半径的圆面积即为热桥影响面积．此热桥结构的影响半径为0．18 m ，车体地板共有该结构120个．
热桥影响区域内，平均热流密度通过对各节点的热流密度值积分得到：
s
ds
q q n
l
i i ?=
?
式中： q i 为热流密度W/m 2 ； s ?为面积m 2，
热桥区域内的平均传热系数：f
n i
t t q K -=
式中: t n 为车内温度C ?，；t f 为车外温度，C ?。
附表一
表1 在不同温度下保温材料的导热系数变化
附表二
附表三