选用STARCCM+倡导的多面体网格离散计算域，相对传统四面体网格，其具有计算性价比较高、拥有相对更多的毗邻单元、计算变量的梯度过渡相对平滑等诸多优点.[9]此外，CFD传热分析要求离散后的结构在各尺寸方向均有足够多的网格，否则计算结果不可靠甚至导致发散.但是，箱体钢板的设计厚度相对保温材料等小很多，最薄处仅为1 mm，若全部划分为多面体网格，模型规模必然急剧增大.因此，通过附加激活STARCCM+特有的Thin Mesher选项，成功将箱体离散为高质量、分层化、节点完全连续的薄壁层网格，实现在保持多面体网格独特优势的同时有效控制整体网格数目.最终计算域网格分布见图2，其中多面体单元6 102 606个，顶点28 148 967个，内部面33 275 468个.

　　1.3边界条件施加

　　设车外来流速度为100 km/h，来流温度为-60 ℃.在内箱底面激活热源项，模拟伴热线生热，源项大小为5 000 W.在箱体、保温材料和燃油等区域的连接处设置接触界面，通过软件耦合求解界面处的傅里叶热传导方程，实现各区域之间的传热模拟.在流场分析时，软件自动计算和添加燃油箱与外界接触面的对流换热系数，如非特殊要求，无须人为设置.需要说明的是，受转向架等复杂结构的影响，列车车下空气的平均流速通常明显低于其运行速度[10]，所以本文模拟的工况比实际恶劣许多，借此强化考核保温材料的性能.

　　1.4计算参数设置

　　选取Boussinesq模型描述燃油流动，模拟燃油因温度梯度产生的自然对流，同时考虑燃油内部的流动和热传递.选取基于雷诺平均法的kε模型和壁面函数描述湍流.采用二阶迎风格式离散各对流项和扩散项.激活传热分析选项，实现在模拟流动时耦合计算热量传递过程.所有参数的迭代误差阈值均设为1×10-4.

　　2计算结果分析

　　外界空气流速越高，物体表面的强迫对流换热系数越大，散热效果越明显.[11]燃油箱周围空气流速分布见图3，可知：受路径截面突变影响，车下来流在箱顶迎风区域和箱底附近的流速均高于列车行进速度（局部达到166 km/h），这部分区域散热效果更强；而来流在箱体其他区域附近流动缓慢，强迫对流换热效果极不明显.

　　燃油箱整体和保温材料的温度分布见图4，可知：油箱整体温度在-60 ℃至43 ℃之间变化，并且在伴热线作用下，油箱底部区域温度最高；受车下来流强迫散热的影响，位于迎风侧的各结构温度均明显低于背风侧；保温材料整体内外温差很大，说明其隔热性能良好；而耐候钢的导热系数远高于福乐斯，使得箱体内外温差相对小很多，只有两侧开孔和吊挂等直接与燃油接触的区域温度较高.燃油的温度和流速分布见图5，可知：低温燃油集中在各吊挂和开孔附近，最低温度约-43 ℃，因为受制造工艺制约，这些区域无法填充保温材料，造成内箱直接与外界接触；高温燃油分布于油箱底部，最高温度约为43 ℃；其余绝大部分燃油的温度分布均匀，其整体平均温度约为1.1 ℃，高于对应结蜡温度；此外，由于温差作用，燃油内部出现低速的自然对流现象，在一定程度上加速热量的传递.易结蜡（温度低于-20 ℃）燃油的分布示意见图6.由图6可知，易结蜡部位主要集中贴近在各吊挂和开孔等燃油箱体与外界直接接触的区域.这部分燃油所占比例很小，同时其所在位置全部远离抽油部位，说明此时绝大部分燃油仍可供正常使用.如果在实际生产时能注意补强图6所示部位的保温性能，无疑将进一步保证燃油箱在极端恶劣的运营状态下也不会失效.

　　3结论

　　基于CFD理论，使用STARCCM+仿真分析某发电列车燃油箱在给定强化高寒工况下的隔热保温性能，并给出对应设计改进建议.主要结论如下：

　　（1）车下来流在箱顶迎风区域和箱底附近的流速较高，散热效果更明显，使得位于迎风侧的燃油箱各结构温度均明显低于背风侧.

　　（2）由于存在温度差异，箱内燃油出现自然对流，在一定程度上加速燃油内部的热量传递，但其流速并不高.

　　（3）容易发生结蜡的燃油分布于各吊挂和开孔等燃油箱体与外界直接接触的区域，不过其所占比例很小，所在位置也全部远离抽油部位，产生的不利影响很小.在实际生产时应注意补强这些区域的保温性能.参考文献：

　　[1]赵丽英， 夏志. 0号柴油结蜡问题研究[J]. 油气储运， 2004， 23（11）： 4043.

　　ZHAO Liying， XIA Zhi. The study on wax deposit of 0# diesel[J]. Oil & Gas Storage & Transportation， 2004， 23（11）： 4043.

　　[2]郑其俊， 王伟， 严著恩. 薄层隔热保温涂料的研制及应用[J]. 石油工程建设， 2003， 29（5）： 2630.

　　ZHENG Qijun， WANG Wei， YAN Zhuen. Development and application of thinlayer coating of thermal insulation[J]. Petroleum Eng Construction， 2003， 29（5）： 2630.

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