一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞及测试方法与流程
本发明涉及轨道交通类冷却装置热工性能测试，具体是一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞及测试方法。
背景技术：
1、轨道交通作为重要出行工具，其发展突飞猛进，而冷却装置作为电力机车、电动车组等轨道交通稳定运行必不可少的部分，其发展也日新月异。为轨道交通选择合适的冷却装置至关重要，对节省轨道交通运行成本并延长其使用寿命、保证安全运行以及节能环保等方面具有深远的意义。因此，只有知道每种型号规格的冷却装置的散热性能，才能为各类机车配备更高效、经济的冷却装置。
2、目前轨道交通类冷却装置主要采用风冷方式，即利用轨道交通运行时的自然风对热源进行散热。故热工试验常采用风洞提供模拟风，利用模拟风穿过冷却装置对模拟热源进行散热，以此评估冷却装置的散热性能。然而模拟风通常需要达到特定温度才能开展试验，因此还需要单独配备独立的进风端加热设备，从而增加了试验能耗和设备投入成本。
技术实现思路
1、为解决现有轨道交通类冷却装置热工性能测试技术中，存在试验能耗和设备投入成本较高的技术问题，本发明提供了一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞及测试方法。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、本发明公开一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞，包括：进风段、出风段、负压风机、回风段、数据采集模块以及控制器。
4、进风段连接于被试样机的冷源入口，进风段的进风口设置有第一气动风阀。其中，被试样机的热源入口与一个热介质循环系统连接，从而为被试样机提供模拟热源。
5、出风段连接于被试样机的冷源出口，出风段的出风口设置有第二气动风阀。
6、负压风机用于提供由冷源入口至冷源出口方向的负压，从而利用经过被试样机的介质风对模拟热源进行冷却换热。
7、回风段一端与进风段连接且位于第一气动风阀的下游，另一端与出风段连接且位于第二气动风阀的上游。
8、数据采集模块用于采集冷源入口的进风量m1和进风温度t1，还用于采集冷源出口的出风温度t2。
9、控制器用于根据接收到的控制指令，调节第一气动风阀和第二气动风阀的开度，从而实现零循环或半循环或预热全循环的流通工况，并在零循环和半循环两种流通工况下，计算被试样机的换热量q，计算公式为q＝c1m1(t2-t1)，以此评估被试样机的散热性能；c1为第一平均温度t1下的空气比热，t1＝(t1+t2)/2；其中，在零循环时，出风段的介质风全部由出风口排出；在半循环和预热全循环时，通过增加回风段的回风量，提高进入冷源入口的风温。
10、作为上述方案的进一步改进，控制器通过将第一气动风阀和第二气动风阀的开度均调节为100％，从而实现零循环的流通工况。
11、作为上述方案的进一步改进，控制器通过设定第一气动风阀和第二气动风阀的pid参数，并根据设定的目标参数值自动调节第一气动风阀和第二气动风阀的开度，以保持进风量m1、进风温度t1与设定的目标参数值一致，从而实现半循环的流通工况。
12、作为上述方案的进一步改进，控制器还用于根据控制指令判断每次试验采用零循环或半循环的流通工况，若试验采用半循环的流通工况，则先通过将第一气动风阀的开度调节为0，第二气动风阀的开度调节为1％，从而实现预热全循环，直至进风温度t1达到设定的目标参数值，随后切换至半循环的流通工况。
13、冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞还包括：风机入口段以及过渡连接段。
14、风机入口段出口和负压风机的吸风口连接，负压风机的排风口和出风段的入口连接。
15、过渡连接段设置有两组；每组过渡连接段包括第一过渡风道；其中一组过渡连接段的第一过渡风道设置于进风段的出口和冷源入口之间，另外一组过渡连接段的第一过渡风道设置于被试样机的冷源出口和风机入口段的入口之间，以实现风路的过渡连接；第一过渡风道远离被试样机的一端设置有软连接件。
16、作为上述方案的进一步改进，进风段包括一号三通接头、第一方圆过渡段、第一直管风道和第一蜂窝整流器；一号三通接头的其中一个入口与进风口连接，且第一气动风阀设置于该入口处；一号三通接头的另外一个入口与回风段连接；第一方圆过渡段设置有两个，一号三通接头的出口依次与其中一个第一方圆过渡段、第一直管风道、另外一个第一方圆过渡段、靠近冷源入口的第一过渡风道连接；第一蜂窝整流器设置在第一直管风道内。
17、风机入口段包括第二方圆过渡段、第二直管风道和第二蜂窝整流器；第二方圆过渡段的一端连接于靠近冷源出口的第一过渡风道，另一端依次与第二直管风道、负压风机的吸风口连接；第二蜂窝整流器设置在第二直管风道内。
18、作为上述方案的进一步改进，数据采集模块包括风量测量仪、第一风温测量仪、第二风温测量仪和风压测量仪；风量测量仪和第一风温测量仪均安装在第一直管风道上，且均位于第一蜂窝整流器的下游，其中风量测量仪用于采集进入冷源入口的进风量m1，第一风温测量仪用于采集冷源入口的进风温度t1；第二风温测量仪安装在第二直管风道上，且位于第二蜂窝整流器的下游，并用于采集冷源出口的出风温度t2；风压测量仪设置有两组，分别安装在两组过渡连接段上，且分别用于采集经过冷源入口和冷源出口的风压。
19、作为上述方案的进一步改进，出风段包括二号三通接头和第二过渡风道；二号三通接头的其中一个出口与出风口连接，且第二气动风阀设置于该出口处；二号三通接头的另外一个出口与回风段连接；二号三通接头的入口依次与第二过渡风道、负压风机的排风口连接。
20、本发明还公开一种冷却装置的测试方法，应用于上述冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞，从而对冷却装置即被试样机进行散热性能测试，测试方法包括以下步骤，即s1～s4。
21、s1、根据控制指令判断每次试验采用零循环或半循环的流通工况；若试验采用零循环的流通工况，则执行步骤s2；若试验采用半循环的流通工况，则执行步骤s3。
22、s2、通过将第一气动风阀和第二气动风阀的开度均调节为100％，从而实现零循环的流通工况。
23、s3、通过将第一气动风阀的开度调节为0，第二气动风阀的开度调节为1％，从而实现预热全循环，直至进风温度t1达到设定的目标参数值，随后执行步骤s4。
24、s4.通过设定第一气动风阀和第二气动风阀的pid参数，并根据设定的目标参数值自动调节第一气动风阀和第二气动风阀的开度，以保持进风量m1、进风温度t1与设定的目标参数值一致，从而实现半循环的流通工况。
25、其中，在零循环和半循环两种流通工况下，计算被试样机的换热量q，计算公式为q＝c1m1(t2-t1)，以此评估被试样机的散热性能。
26、作为上述方案的进一步改进，步骤s1中，当环境温度ta＝t1时，控制指令为：当前试验采用零循环的流通工况；当环境温度ta＜t1时，控制指令为：当前试验采用半循环的流通工况。
27、步骤s4中，半循环的流通工况时，回风段的回风量m2和进风口的进风量ma满足以下公式：
28、
29、式中，ca为第二平均温度t2下的空气比热，t2＝(t1+ta)/2。
30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31、本发明可以有效模拟轨道交通类冷却装置真实工作状态，测量轨道交通类冷却装置的散热性能；还可以根据目标风温实现试验介质风零循环、半循环、预热全循环切换，利用特定流通工况对进风段的模拟风加热，自身实现目标风温调节，无需单独配备进风端加热设备，综合减少试验能耗及设备投入成本；另外，本发明还可以开展不同风温、风量的组合试验工况，满足不同轨道交通冷却装置散热能力试验需求。
技术特征：
1.一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞，其特征在于，所述控制器通过将第一气动风阀(11)和第二气动风阀(61)的开度均调节为100％，从而实现零循环的流通工况。
3.根据权利要求2所述的一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞，其特征在于，所述控制器通过设定第一气动风阀(11)和第二气动风阀(61)的pid参数，并根据设定的目标参数值自动调节第一气动风阀(11)和第二气动风阀(61)的开度，以保持进风量m1、进风温度t1与所述设定的目标参数值一致，从而实现半循环的流通工况。
4.根据权利要求3所述的一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞，其特征在于，所述控制器还用于根据所述控制指令判断每次试验采用零循环或半循环的流通工况，若试验采用半循环的流通工况，则先通过将第一气动风阀(11)的开度调节为0，第二气动风阀(61)的开度调节为1％，从而实现预热全循环，直至进风温度t1达到所述设定的目标参数值，随后切换至半循环的流通工况。
5.根据权利要求1所述的一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞，其特征在于，还包括：
6.根据权利要求5所述的一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞，其特征在于，所述进风段(1)包括一号三通接头(12)、第一方圆过渡段(13)、第一直管风道(14)和第一蜂窝整流器(15)；一号三通接头(12)的其中一个入口与进风口(10)连接，且第一气动风阀(11)设置于该入口处；一号三通接头(12)的另外一个入口与回风段(7)连接；第一方圆过渡段(13)设置有两个，一号三通接头(12)的出口依次与其中一个第一方圆过渡段(13)、第一直管风道(14)、另外一个第一方圆过渡段(13)、靠近所述冷源入口的第一过渡风道(21)连接；第一蜂窝整流器(15)设置在第一直管风道(14)内；
7.根据权利要求6所述的一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞，其特征在于，所述数据采集模块包括风量测量仪(80)、第一风温测量仪(81)、第二风温测量仪(82)和风压测量仪(83)；风量测量仪(80)和第一风温测量仪(81)均安装在第一直管风道(14)上，且均位于第一蜂窝整流器(15)的下游，其中风量测量仪(80)用于采集进入所述冷源入口的进风量m1，第一风温测量仪(81)用于采集所述冷源入口的进风温度t1；第二风温测量仪(82)安装在第二直管风道(42)上，且位于第二蜂窝整流器(43)的下游，并用于采集所述冷源出口的出风温度t2；风压测量仪(83)设置有两组，分别安装在两组过渡连接段(2)上，且分别用于采集经过所述冷源入口和所述冷源出口的风压。
8.根据权利要求5所述的一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞，其特征在于，所述出风段(6)包括二号三通接头(62)和第二过渡风道(63)；二号三通接头(62)的其中一个出口与出风口(60)连接，且第二气动风阀(61)设置于该出口处；二号三通接头(62)的另外一个出口与回风段(7)连接；二号三通接头(62)的入口依次与第二过渡风道(63)、负压风机(5)的排风口连接。
9.一种冷却装置的测试方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8中任意一项所述的一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞，从而对冷却装置即被试样机(3)进行散热性能测试，所述测试方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种冷却装置的测试方法，其特征在于，步骤s1中，当环境温度ta＝t1时，所述控制指令为：当前试验采用零循环的流通工况；当环境温度ta＜t1时，所述控制指令为：当前试验采用半循环的流通工况；
技术总结
本发明涉及轨道交通类冷却装置热工性能测试技术领域，公开了一种冷却装置热工试验用半封闭循环式风洞及测试方法。该风洞包括进风段、出风段、负压风机、回风段、数据采集模块及控制器。热介质循环系统用于为被试样机提供模拟热源。进风段连接于被试样机的冷源入口，进风口设置第一气动风阀。出风段连接于冷源出口，出风口设置第二气动风阀。数据采集模块采集冷源入口的进风量和进风温度，以及冷源出口的出风温度。控制器调节两个气动风阀的开度，实现零循环或半循环或预热全循环的流通工况，在零循环和半循环时计算被试样机的换热量以评估散热性能。本发明减少试验能耗及设备投入成本。
技术研发人员：董丹丹,陈永东,张中清,闫永超,崔云龙,董正伟,张秋双
受保护的技术使用者：合肥通用机械研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5