Etude du refroidissement et du positionnement d'équipements ferroviaires embarqués en toiture - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2004

On the study of cooling and positioning of roof-mounted railway equipment

Etude du refroidissement et du positionnement d'équipements ferroviaires embarqués en toiture

Résumé

Next generation railway vehicles will offer more room for passengers together with increased comfort specifications. In order to fulfill these new requirements, equipments are now gathered on train roof. Elements releasing large heat quantities are then adjacent to others needing fresh air, in a close space possibly subject to strong flow disturbances. This may imply a decrease of the general performances of the vehicle, whose design is therefore to be reconsidered. The first phase of the study is dedicated to the steady and unsteady flow aspects, first at the train scale and then at the equipments scale. The latter are considered under operation in numerical and experimental simulations. Based on various kinds of vehicles, the models used are representative of the present and future trends in railway design. Online tests finally confirm the numerical results obtained, through temperature measurements and flow visualizations. A new, simplified, numerical model applying to the equipments is thus defined on the basis of a three-dimensional cavity. A parametric study highlights different, significant, flow structures with the variation of several characteristic geometrical dimensions. Their influence on the local thermal exchanges is shown, especially when the average heat transfer coefficient on the braking resistor surface is concerned. A design methodology is finally suggested. Combining ease of use and efficiency, it is applicable as of the preliminary draft and leads to significant improvements in the heat exchanges by the modification of the position and dimensions of the equipments. This methodology can use pre-computed configurations, in order to achieve a faster result.
L'évolution des critères de confort et d'espace passager dans les véhicules ferroviaires de nouvelle génération impose de regrouper les équipements en toiture. Des éléments dégageant d'importantes quantités de chaleur doivent alors cohabiter avec d'autres nécessitant une alimentation en air frais et ce dans un espace relativement confiné, éventuellement soumis à de fortes perturbations de l'écoulement. Ceci peut entraîner la dégradation des performances générales du véhicule, dont la conception doit donc être reconsidérée. La première phase de l'étude est consacrée aux aspects stationnaires et instationnaires de l'écoulement à l'échelle du train, puis des équipements. Le fonctionnement de ceux-ci est pris en compte lors de simulations numériques et expérimentales portant sur différents types de matériels caractéristiques du parc ferroviaire. Des essais en ligne viennent également valider les résultats numériques obtenus. Ces derniers permettent de définir un nouveau modèle numérique pour les équipements, basé sur une cavité tridimensionnelle. Une étude paramétrique de diverses grandeurs géométriques du modèle met alors en évidence plusieurs structures d'écoulement identifiables. L'influence de celles-ci sur les transferts thermiques locaux est démontrée, en particulier sur le coefficient d'échange moyen en surface du rhéostat de freinage. Une méthodologie de conception est finalement proposée. Alliant simplicité d'utilisation et efficacité, elle est applicable dès l'avant-projet et permet d'améliorer significativement les échanges thermiques en toiture en modifiant le positionnement et les dimensions des équipements.
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Dates et versions

tel-00007959 , version 1 (07-01-2005)

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  • HAL Id : tel-00007959 , version 1

Citer

Charles-André Lemarie. Etude du refroidissement et du positionnement d'équipements ferroviaires embarqués en toiture. Energie électrique. Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00007959⟩
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