列车用外接螺旋风管式变截面送风系统研究

论文摘要

外接螺旋风管式变截面送风系统是一种将传统变截面均匀送风道与螺旋风管相结合的新型列车送风系统,该系统兼具变截面送风道的送风特性和螺旋风管的灵活性,尤其适合列车这种对均匀送风和空间有特殊要求的环境。在国内应用该送风系统的车型和相关研究较少,目前尚没有成熟完善的设计方法。本文结合理论分析、CFD模拟和实验测试,对该系统的设计计算方法和送风特性进行了分析,以指导实际的列车送风系统设计。首先,从理论上分析了外接螺旋风管对变截面均匀送风道阻力特性以及计算方法的影响,探讨了该系统实现均匀送风的四种方法,并结合实际的车型,给出了在空间受限的条件下,通过调整出口流量系数来控制风量分配的设计计算方法。该方法中采取的对单孔孔板尺寸同径化处理的方式兼顾了计算的准确性与加工的方便性。然后,对两种规格的铝质螺旋风管以及相应的外接螺旋风管处三通的阻力特性进行了实验测试,绘制了阻力系数与各影响因素之间的关系图表,并分析了孔板面积的改变对于三通阻力系数的影响。实验测试为出口流量系数的确定提供了依据,也为CFD模拟提供了基础数据。在结合实验测得的阻力数据对送风系统进行设计计算之后,采用CFD方法对其送风特性进行了分析,由模拟结果与计算结果的对比发现,静压和风速沿风道长度上的衰减均有所减缓。CFD模拟和理论计算的结果反映出了相同的送风特性,两种方法确定的各风口出风量偏差不超过10%。为了验证设计计算方法及CFD模拟的可靠性,在多功能通风空调综合实验台上按1:1搭建了原型风道,并进行了风压分布以及出风口风量的测试。结果表明,各风口风量的测试值与设计计算值的最大偏差为6%,与CFD模拟结果的最大偏差为9%,满足风量的设计要求。既证明了本文提出的设计计算方法的正确性,又表明可以采用CFD方法对此类送风系统进行分析。最后,探讨了在空间不受限制的条件下该送风系统的设计计算方法,按理想条件对送风系统进行了改进,并用CFD方法进行了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究课题的来源
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.2.1 国内外常见列车送风系统
• 1.2.2 螺旋风管的研究及应用
• 1.3 列车送风系统的研究方法
• 1.3.1 CFD模拟在车载空调系统中的应用
• 1.3.2 列车送风系统的实验研究
• 1.3.3 本课题的研究方法
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 送风系统理论计算分析
• 2.1 均匀送风原理
• 2.2 常规变截面风道均匀送风的计算方法
• 2.3 25T豪华软卧车简介
• 2.4 外接螺旋风管后系统的变化
• 2.5 风量调节方案的提出
• 2.6 送风系统的水力计算方法
• 第3章 流量系数相关参数的测定
• 3.1 通风管道阻力系数概述
• 3.1.1 通风管道的摩擦阻力系数
• 3.1.2 通风管道的局部阻力系数
• 3.2 铝质螺旋风管阻力系数实验测试
• 3.2.1 实验内容
• 3.2.2 实验设计
• 3.2.3 数据整理方法
• 3.2.4 摩擦阻力系数测试结果及分析
• 3.2.5 局部阻力系数测试结果及分析
• 3.3 三通局部阻力系数实验测试
• 3.3.1 实验装置
• 3.3.2 进出口段长度的确定和测量断面的选择
• 3.3.3 测量方法及实验设备
• 3.3.4 数据整理方法
• 3.3.5 平椭圆支管和圆支管分流三通测试结果
• 3.3.6 孔板面积的影响测试结果
• 第4章 送风系统设计计算与CFD模拟
• 4.1 送风系统的设计计算
• 4.2 CFD模拟分析
• 4.2.1 CFD方法应用的步骤
• 4.2.2 送风系统模型的建立
• 4.2.3 结果分析
• 第5章 实验测试
• 5.1 原型风道测试实验台
• 5.1.1 实验台概述
• 5.1.2 测量参数和测试仪器
• 5.2 测试结果分析
• 5.2.1 风量测试结果对比分析
• 5.2.2 压力测试结果对比分析
• 第6章 对送风系统设计优化的探讨
• 6.1 优化后的设计方法
• 6.2 理论结果分析
• 6.3 模拟结果分析
• 结论与展望
• 参考文献
• 硕士期间已发表论文
• 致谢