地铁客车空调送风风道及客室内气流组织优化研究

论文摘要

随着我国地铁建设事业的迅速发展和人们生活水平的提高,对客室内环境的舒适性提出了更高的要求。地铁空调通风系统设计主要参照铁路空调通风系统的设计标准,缺乏设计经验,因此需根据地铁自身运行及工作的特点,提出适合地铁空调通风系统的设计方案。本文以某地铁续建项目空调通风系统为研究对象,利用数值计算的方法,使用CFD专业软件,采用经过浮升力修正的k-ε两方程模型和SIMPLE算法,对风道内空气流动特性及客室内温度场、气流场进行研究分析。首先,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,对风道内空气流动特性及出风口的送风均匀性进行研究。模拟分析风道内的湍流流场,并对模拟结果进行实验验证,模拟结果与实验数据基本吻合。在理论研究的基础上,调整风道内部结构,预测了该变化对送风均匀性的影响,从而进一步优化风道结构,得到优化方案,指出了数值预测对风道优化具有重要意义。然后,针对客车车室选择了三种不同气流组织方式进行了数值模拟,得出了较佳的气流组织方式。计算过程中,综合考虑车体壁面传热、人体负荷等多种传热过程,模拟计算结果采用TECPLOT软件做后处理,选取典型截面,分析其温度场、速度矢量场的分布特征,得到流场分布规律,分析对比三种气流组织的优劣,为客室内气流组织的优化提供理论依据。结果表明,地铁客车顶部送风、回风,侧壁中上端排风为较理想的气流组织形式,加工安装方便,流场分布较均匀,基本能满足乘客的舒适性。本文研究表明,使用数值模拟的方法分析地铁空调通风系统,优化其风道和室内气流组织形式是切实可行的。本文研究结果为地铁空调通风系统的设计提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 地铁空调通风系统研究现状
• 1.3 通风空调空间气流组织的研究方法
• 1.4 本文的主要研究工作
• 2 车室及风道内空气流动与传热的数值模拟方法
• 2.1 概述
• 2.2 物理问题数值求解的基本思路
• 2.3 湍流流动与换热数值模拟的关键环节
• 2.4 流动与传热问题的控制方程
• 2.5 计算区域以及控制方程的离散
• 2.6 网格类型及质量
• 2.7 本章小结
• 3 新型送风风道三维湍流流动特性的数值模拟及实验研究
• 3.1 概述
• 3.2 均匀送风风道的送风理论基础
• 3.3 新型风道结构及物理模型
• 3.4 计算域的生成和网格划分
• 3.5 送风孔板模型简化
• 3.6 边界条件的设置与参数的求解
• 3.7 计算结果及其分析
• 3.8 模型的实验验证
• 3.9 本章小结
• 4 风道送风均匀性优化探讨
• 4.1 概述
• 4.2 扁送风风道内部流场数值模拟及优化
• 4.3 主送风风道内部流场数值模拟及优化
• 4.4 风道送风均匀优化结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 空调客车车室气流组织的数值模拟结果及分析
• 5.1 概述
• 5.2 客车基本数据及设计参数
• 5.3 客车和地铁车辆相关空调标准
• 5.4 车室物理模型
• 5.5 计算域的生成和网格划分
• 5.6 边界条件的设置与求解参数
• 5.7 气流组织方案
• 5.8 三种不同送回风方式下车室内热环境的对比分析
• 5.9 本章小结
• 6 全文总结与未来工作展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目