公路卧铺客车车室内热环境与热舒适性的数值研究

论文摘要

本文以某型12m豪华公路卧铺客车的室内空气流场和乘客为研究对象,研究分析了空调工况下车室内的气流组织与热交换状况,并对处在该环境中的乘客热舒适性进行评价分析。计算主要采用计算流体力学（CFD）的方法,运用仿真软件中RNG k-ε湍流模型和DO辐射模型,进行三维流场的数值模拟计算。在适当简化的卧铺客车室内模型中,综合考虑车外太阳辐射和铺位上乘客散热的影响,建立客车室内三维湍流模型。对于车室内气流组织的数值模拟结果,利用后处理软件进行可视化处理,得到各个分析平面的温度、速度分布情况及二氧化碳的浓度分布特点,并采用不均匀系数、空气分布特性指标（ADPI）和能耗系数等几种流场评价指标对乘卧区域内气流组织的分布状况进行计算分析；对于处在客车室内流场这一典型非均匀热环境中的乘客热舒适性,分别采用EQT和热舒适指数法两种评价指标进行评价,并比较了这两种评价方法的特点。经过计算分析发现,该型卧铺客车的室内空气流场分布情况并不理想,计算得出的温度、速度不均匀系数值较大,且各个分析平面的ADPI值偏低,与期望的数值结果相差较远；能耗系数指标的计算结果显示,空调系统的送风方式在经济性上仍需要改进；车内的污染物排放效果较好,但浓度分布不均特别是后部区域浓度较大；乘客的热舒适评价结果显示,每位乘客的热舒适性随铺位位置的不同而不同,主要受太阳辐射和风口布置的影响,表明卧铺客车的乘客热舒适性需要改进。此外,通过使用EQT和热舒适指数法两种评价方法发现,这两种方法在理论基础、分析的侧重点和计算难易程度等方面均各有特点。本文的分析研究不仅为提高公路空调卧铺客车的乘坐舒适性、降低客车空调系统能耗、优化空调系统设计和气流组织提供了依据,而且探讨了空调客车乘客热舒适性的评价和分析方法,为进一步的深入研究提供了思路和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车空调的特点及相关研究方法
• 1.2 国内外相关研究的发展
• 1.2.1 CFD技术在车室内流场方面的研究
• 1.2.2 人体热舒适性的研究进展
• 1.3 本文研究的目的、内容与意义
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究意义
• 第二章 CFD及其在流场模拟中的基础理论
• 2.1 CFD基础知识
• 2.1.1 CFD技术的应用范围
• 2.1.2 CFD的基本原理和特点
• 2.1.3 国际知名的CFD应用软件
• 2.2 CFD在客车室内空气流场模拟中的基础理论
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 基本控制方程
• 2.2.3 流场流动与传热控制方程的通用形式
• 2.2.4 湍流的数学模型
• 2.2.5 辐射模型
• 第三章 车室内热环境及热舒适性评价指标
• 3.1 评价的目的和意义
• 3.2 评价指标
• 3.3 流场状态的评价指标
• 3.3.1 不均匀系数法（K）
• 3.3.2 符合给定条件的测点比例数（F）
• 3.3.3 空气分布特性指标（ADPI）
• 3.4 热舒适性评价指标
• 3.4.1 平均辐射温度和操作温度
• 3.4.2 EQT和EHT指标
• 3.4.3 PMV-PPD评价指标
• 3.4.4 等效温度
• 3.4.5 热舒适指数法
• 3.5 能耗状况评价指标
• 第四章 模型的建立及计算
• 4.1 物理模型的建立
• 4.1.1 车室内部空间的外形
• 4.1.2 卧铺布置
• 4.1.3 人体几何模型
• 4.1.4 风口布置
• 4.1.5 整体模型
• 4.2 前处理操作
• 4.2.1 生成计算域
• 4.2.2 网格划分的特点
• 4.2.3 网格划分的要求
• 4.2.4 网格生成
• 4.3 计算方法及边界条件设置
• 4.3.1 数值模拟方法
• 4.3.2 计算模型
• 第五章 数值模拟结果的分析与评价
• 5.1 等高线图分析
• 5.1.1 温度场
• 5.1.2 速度场
• 2浓度分布'>5.1.3 CO₂浓度分布
• 5.2 气流组织指标的评价
• 5.3 EQT热舒适指标的评价
• 5.3.1 EQT评价的步骤
• 5.3.2 EQT值计算
• 5.3.3 乘客热舒适状况的分析
• 5.4 热舒适指数法评价
• 5.4.1 热舒适指数的计算
• 5.4.2 热舒适指数法的评价分析
• 5.4.3 两种评价方法对比
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间参与的科研项目和公开发表的论文
• 致谢