列车送风系统送风均匀性及包厢气流组织优化研究

论文摘要

本文以实现列车送风道均匀送风和包厢内合理的气流组织为目的,对200km/h软卧车送风道和包厢内气流组织进行了系统研究,其中包括送风道的送风均匀性和压力变化,支风道和送风口的速度分布规律,送风方式对包厢内气流组织的影响等个几方面。研究中结合了理论计算、CFD模拟和实验三种方法,有效地提高了效率,降低了耗费,而且还保证了结果的可靠性,研究的结论对实际列车通风设计具有一定的指导意义。首先,以等截面均匀送风道的设计计算方法对简化后送风道隔板上矩形开口尺寸进行了详细计算,然后对实际列车送风系统进行了CFD模拟,发现由于实际列车送风系统的复杂性,理论计算结果不能满足送风道送风均匀性的要求。仿真结果显示送风道前端出风量小,后端出风量大,于是提出了在主风道前端加入挡板并调节挡板前后矩形开口面积的方法,通过对挡板高度和矩形开口面积的数次仿真调整,最终使列车包厢之间的风量不平衡率降低到了10%以内。其次,以往包厢气流组织模拟中出风口边界条件通常设置为均匀送风,本文对包厢实际送风方式和均匀送风方式两种情况下的包厢内气流组织进行了仿真对比,发现两者仿真结果有较大差距,以往出风口边界条件的设置方法存在较大的不合理性。对实际送风方式下包厢气流组织仿真发现,上铺人员所在区域脚部微风速偏大,不能满足TB 1951-87中对包厢微风速的要求,于是提出窗侧侧送与下送同时送风的优化方案,仿真发现包厢内的温度场和速度场比原先有较大改善,满足了舒适性要求。最后,按照送风系统和包厢气流组织的CFD模拟结果,以1:1的比例搭建原型实验台,分别对出风口风速、风量、送风道断面压力以及包厢内的温度场和速度场进行了现场测试,通过对比发现送风系统的CFD模拟值与实测值趋势一致而且较为接近,基本满足了工程的要求。包厢内温度和风速测试结果与CFD模拟结果也比较吻合,满足铁标中关于温度场和速度场的要求,并用不均匀系数和空气分布特性指标（ADPI）两个评价指标对实验结果进行了评估。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究课题的背景和意义
• 1.2 国内外常见的列车送风系统
• 1.2.1 条缝式静压送风系统
• 1.2.2 全空气诱导器送风系统
• 1.2.3 圆管式送风系统
• 1.2.4 环状均匀送风系统
• 1.2.5 外接螺旋风管式变截面送风系统
• 1.3 空调列车内气流组织研究
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 送风系统理论计算分析
• 2.1 200km/h 软卧车简介
• 2.2 均匀送风原理
• 2.3 实现均匀送风的条件
• 2.4 列车风量调节方案的提出
• 2.5 等截面均匀送风道的计算方法
• 2.6 软卧车送风道设计计算结果
• 第3章 送风系统的CFD 模拟
• 3.1 CFD 概述
• 3.2 数学模型的建立
• 3.2.1 控制方程
• 3.2.2 假设条件
• 3.3 物理模型的建立
• 3.4 边界条件
• 3.5 模型网格划分
• 3.6 送风系统模拟结果及分析
• 3.6.1 风道送风均匀性分析
• 3.6.2 风道压力分布特性分析
• 3.6.3 支风管送风特性分析
• 3.6.4 送风口风速与压力特性分析
• 第4章 包厢气流组织的CFD 模拟
• 4.1 物理模型的建立
• 4.2 边界条件
• 4.3 模型网格划分
• 4.4 CFD 模拟结果及分析
• 4.4.1 工况一模型的模拟结果及分析
• 4.4.2 工况二模型的模拟结果及分析
• 4.4.3 工况二模型的仿真优化及结果分析
• 第5章 送风系统及包厢气流组织的实验研究
• 5.1 实验台及实验仪器介绍
• 5.1.1 实验台的搭建
• 5.1.2 实验仪器介绍
• 5.2 测试方法概述
• 5.3 送风系统测试
• 5.3.1 风量测试结果及分析
• 5.3.2 压力测试结果及分析
• 5.4 包厢气流组织测试
• 5.4.1 方案A 测试结果及分析
• 5.4.2 方案B 测试结果及分析
• 5.4.3 气流组织评价
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢