Совершенствование аэродинамических и тепловых расчётов проводов контактной сети

• Автор: Паранин, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 195 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АЭРОДИНАМИКИ И ТЕПЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОВОДА КОНТАКТНОЙ СЕТИ
1.1 Анализ существующих методик расчта силового воздействия воздушного потока на провода контактной сети

1.2 Анализ существующих методик теплового расчта проводов контактной сети

1.3 Обзор экспериментальных исследований аэродинамики и тепловых воздействий на провода контактной сети
1.4 Подходы к совершенствованию методик аэродинамических и тепловых расчтов проводов контактной сети
2 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ РАСЧТА СИЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЕТРА НА ПРОВОДА С УЧТОМ ОТРЫВНОГО ТУРБУЛЕНТНОГО ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ
2.1 Постановка задачи для разработки модели расчта силового воздействия ветра на провода
2.2 Разработка модели определения силового воздействия ветра на основе метода конечных элементов

2.3 Аэродинамические коэффициенты проводов и их составляющие

2.4 Зависимость статической составляющей аэродинамических коэффициентов от типа провода и угла атаки
2.5 Зависимость динамической составляющей аэродинамических коэффициентов от типа провода и угла атаки
2.6 Влияние на динамические коэффициенты климатических условий и температуры провода
2.7 Верификация разработанной модели расчта силового
воздействия ветра на провода контактной сети РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ТЕПЛОВОГО РАСЧТА ПРОВОДОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
Постановка задачи для разработки модели теплового расчта проводов
Разработка модели охлаждения провода воздушным потоком с применением метода конечных элементов Вывод уравнения нагрева для случая транзита тока по проводу Влияние условий окружающей среды и параметров провода на его нагрев и тепловые характеристики
Моделирование токораспределения и тепловых процессов в контактном проводе и полозе токопримника при токосъме Верификация разработанной методики теплового расчта проводов контактной подвески
ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ РАСЧТОВ ПРОВОДОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ Использование моделей аэродинамических и тепловых расчтов проводов контактной сети для корректировки нормативных технических документов
Использование модели аэродинамического расчта проводов контактных подвесок для разработки устройств подавления галопирования
Применение модели расчта температуры для оценки теплового состояния проводов контактной сети по результатам имитационного моделирования работы системы электроснабжения транспорта
Применение модели расчта температуры в устройствах теплового контроля проводов контактной сети Применение модели теплового расчта при токосъме на этапе проектирования токопримника
4.6 Применение модели расчта температуры при разработке
испытательного стенда теплового старения контактных проводов 6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В левой части уравнения записано количество энергии, выделившееся в единице длины провода в Джм за время в правой части первое слагаемое означает ту часть данной энергии, которая пойдт на увеличение температуры провода, а второе ту часть, которая выделится в окружающую среду. В данном случае предполагает, что температура по всему объму провода одинакова. После различных подстановок и упрощений уравнение 1. Кпа
е
2. Учитывая это, выражение 1. Выражение 1. Однако, на практике воспользоваться подобным уравнением довольно проблематично, поскольку ток и условия охлаждения к постоянно меняются. В связи с этим широко распространнным является применение значений эффективного среднеквадратичного тока за рассматриваемый период и использование коэффициента запаса. УСТ
температуры с заданным интервалом времени. Если интервал времени достаточно мал, то параметры и к можно считать постоянными. Указанный способ применяется в существующей на сегодняшний момент тепловой защите контактной сети ТЗКС1. Теплоотдача с поверхности провода осуществляется за счт конвекции и излучений. На сегодняшний момент практически во всех существующих методиках тепловых расчтов используется суммарный коэффициент теплоотдачи а с единицы площади боковой поверхности провода. КЗ 1. Ок коэффициент теплоотдачи конвекцией, Втм2С. Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием сл по закону СтефанаБольцмана пропорционален разности четвртых степеней температуры провода и воздуха в абсолютной термодинамической шкале температур ал ТА ТА. Но для того, чтобы его можно было суммировать с коэффициентом Ок делается допущение, что при небольшом превышении температуры провода над температурой воздуха справедливо следующее выражение 6 Т. Ти Г, абсолютная температура провода и окружающего воздуха символ со означает бесконечно удалнный от провода, т. Я,температура провода и окружающего воздуха,С. Для определения коэффициента теплоотдачи конвекцией с единицы площади боковой поверхности провода используют специальные формулы из теории теплопередачи , . Данные формулы получены для простейших геометрических тел тонкая пластина, цилиндр, сфера и т. Провод в данном случае рассматривается как бесконечный цилиндр. В формулы входит ряд безразмерных критериев теории теплообмена, характеризующих процесс Рг число Прандтля, мера подобия температурных и скоростных полей в потоке, число Рейнольдса, характеризует гидродинамический режим потока, число Нуссельта, характеризует связь между интенсивностью теплоотдачи и температурным полем в пограничной области и др. От этих параметров может зависеть ряд эмпирических коэффициентов. К примеру, Порцелан предлагает использовать при определении конвективной теплоотдачи с поверхности провода формулу для бесконечного круглого цилиндра приведнную в литературе 1. С и т расчтные величины, зависящие от формы обтекаемого тела и числа Рейнольдса Яс, определяемые для бесконечного цилиндра провода круглого сечения по табл. Германии , , и Франции . Так же в некоторых из данных литературных источниках предлагается учитывать, кроме токовой нагрузки, солнечную радиацию , как дополнительный источник тепла для
где X коэффициент теплопроводности воздуха ВтмС м. Поэтому в правую часть уравнения 1. I1 ,, 1. Втм . Учитывать солнечную радиацию важно, т. Этот факт подтверждн экспериментально и отмечен в литературе. А это означает, что провод имеет предварительный нагрев, и время достижения заданной критической температуры при соответствующем токе сократится. Наиболее подробно тепловой расчта в устройствах электроснабжения транспорта в том числе в контактной сети с применением аналитических методик разработан Григорьевым В. Л. . В работе предложены методики теплового расчета проводов контактной сети при различных циклах тяговой нагрузки и метеорологических условий и анализа тепловых процессов в локальных местах износа контактного провода. Данная работа направлена в большей мере на разработку устройства тепловой защиты контактной сети ТЗКС1, в частности, обосновано место установки датчиков температуры ТЗКС и е конструкция. При этом методика теплового расчта проводов контактной сети существенных улучшений не претерпела. Результаты вычислительных экспериментов содержатся также в работах других специалистов , , .