铁路是国家的重要基础,还是国民经济发展的大动脉。随着铁路跨越式的发展,对列车的安全性保障以及调度和指挥设施都产生了更高的要求,“四电”机房则首当其冲。“四电”机房常年运行,设备发热量大,需要不间断的提供冷量为其降温,维持机房温度,给机房设备提供稳定的工作环境,让机房设备能随时为列车调度等功能提供足够的支持。而在一些特殊地区,由于无法随时保证机房设备的电力供应,只能建立蓄电系统并优先对机房内的数据处理设备、程控交换设备、数据传输设备等提供电力,空调相关设备则无法得到电力供应,但不维持机房环境温度将影响电子设备的工作稳定性和工作寿命,而同时为空调系统供电又会大大减少数据处理等设备的工作时间。因此,为保障电子设备稳定工作,需要一套安全可靠的无源应急控温系统控制机房温度,同时还可延长数据处理设备等电子设备的工作时间及寿命。首先,本文介绍了“四电”机房的运行环境和筛选相变材料的条件,并从常用相变材料里筛选出了安全、可靠、相变潜热高的六水氯化钙作为相变控温装置的相变材料。根据六水氯化钙的特点,选取了耐受六水氯化钙腐蚀的304不锈钢作为容器材料,高导热且具有经济性的铝作为翅片。结合大量学者对传热优化的研究,决定选用圆环翅片管作为相变控温装置的最小控温单元,并将圆环管外径32 mm,内径10 mm,翅片厚1 mm,间距3.3 mm,高12 mm,管间距48 mm,作为装置初步设计参数。其次,在50 W/m~3、100 W/m~3、117 W/m~3负荷下对初步设计的相变应急控温单元进行了实验研究。研究结果表明,相变控温单元有较好的控温表现,其实验组室温比对照组室温低了5℃～20℃,控温效果随着负荷的增大而越发明显;圆环结构很好解决了由于相变材料导热量较低,其内部不易及时吸收热量的问题;在当前相变控温单元尺寸,内部相变材料熔化时自然对流不明显。然后,建立了相变应急控温装置模型,并用Fluent对模型进行了验证计算,结果显示,在材料熔化完成前,实验结果与模拟结果的误差均在5%可接受范围内,可以认为文本的模型及计算方法是正确的。接下来,研究了相变材料的相变温度、导热系数以及相变潜热对相变应急控温装置控温性能的影响规律。发现相变温度在29℃以内时对相变应急控温装置的控温时间无较大影响,在相变温度为29℃～30℃之间时装置的控温时间略有降低,当相变温度超过30℃后,相变应急控温装置性能将大打折扣;在此情况下,随着相变材料导热系数的提高,相变控温装置的控温时间越长,性能越好,但当相变材料导热系数超过1 W/（m·K）后,对相变应急控温装置的性能影响越来越小;相变潜热的大小会严重影响应急控温装置的空间占用,当相变潜热小于55 k J/kg时,会占用机房过多空间影响机房内人员的必要活动,甚至导致应急控温装置的控温时间不达标。最后,对相变应急控温装置进行了传热与制造成本优化,主要从翅片、单元尺寸及单元间距这三个部分进行优化研究。对于翅片部分,将翅片高度和翅片间距进行无量纲化处理,发现当翅片高度与翅片间距之比为6时,可以得到兼具成本与传热的无量纲翅片高度,此后随着无量纲翅片高度的增加,控温单元的传热量增量将越来越小。单元尺寸及单元间距则进行了联合优化,发现随着单元尺寸及单元间距的增大,对相变应急控温装置性能的影响越小,但当单元尺寸达到内径17mm,内外径比1:4,单元横向间距达到147mm时,装置的性能将大幅度下降;当单元尺寸为内径13.5mm,内外径比1:4,单元横向间距为111mm时,可以得到兼具成本与控温性能的相变应急控温装置。