CRH2型高速列车空调系统与车内流场质量分析

论文摘要

高速铁路的飞速发展和列车运营速度的大幅提高,为人们的快捷出行带来极大便利。同时,随着生活水平的改善,人们对乘车舒适性的要求也越来越高。因此,车厢内流场的质量和热舒适性受到设计人员和乘客越来越多的关注。高速列车空调系统比起常规时速运行列车的空调系统有很大的不同,比如送风口的布置位置、送风方式、风机参数的选择等均与一般列车的空调系统不同,所以必须建立空调系统与车厢内部空间的整体模型,对整体流场进行数值模拟。全面深入的研究列车高速运行、进出隧道和会车时,车内的气流组织情况和空气质量的好坏是极为必要的。本文基于三维、可压缩、粘性流体流动N-S方程和带有浮升力效应的k-ε高Re数两方程湍流模型,采用有限体积法仿真分析了高速空调客车车内流场的变化情况。首先,研究了车顶各送风口的出风情况,并对送风道和送风口进行了调整计算,以保证各送风口出风均匀,客室内各流场分布良好；其次,研究了在夏季和冬季不同环境下列车以350km/h的速度高速运行时车内的气流组织情况,并用流场指标和舒适性指标,按照所推荐的我国高速空调客车车内流场参数评价标准对车内的热舒适性进行了评价；再次,还研究了两车明线会车和隧道会车时会车压力波对高速空调客车车内流场和空气质量的影响；最后,对比分析了几种典型评价标准的异同,并推荐出适合我国高速空调列车车内流场参数的评价标准。计算结果表明：合理的送风方式是保证车内流场均匀分布和热舒适性的关键。与常规的空调列车相比,CRH2型高速空调客车内流场参数分布均匀,空气质量良好,舒适性更高；由于车顶对称分布的送风口使得过道附近区域风速高,温度低,湿度大,舒适性较差,但这些区域不是人员的主要活动区,影响不大。在车速为350km/h,新风口压力为-250Pa的情况下,高速列车使用的空调系统能够保证车内的新风供给,不会引起CO2的浓度过高。对于开放式高速列车空调系统,会车压力波会通过空调系统的新风入口传到车内,使车内压力发生波动。计算结果表明,车内压力波动的变化趋势与车外压力变化趋势基本相同,由于空调系统中高压风机的抑制作用,车内压力变化远小于车外,不会引起乘客的不适感；另外,会车过程中车外压力的降低会影响进入车内的新鲜空气量,导致车内二氧化碳浓度有所升高,但仍低于现行铁路空调客车标准中对二氧化碳浓度的限定值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究内容及方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第2章 数值模拟方法
• 2.1 流体流动与传热问题的控制方程
• 2.1.1 质量守恒方程
• 2.1.2 动量守恒方程
• 2.1.3 能量守恒方程
• 2.2 湍流的数值模拟
• 2.2.1 湍流流动的数值计算方法
• 2.2.2 湍流模型
• 2.3 求解流体流动的数值计算方法
• 2.3.1 常用的数值计算方法简介
• 2.3.2 有限体积法的基本思想和特点
• 2.3.3 差分格式
• 2.3.4 压力—速度耦合问题的有限体积法
• 第3章 高速列车空调系统与车内流场计算模型
• 3.1 基本假设及应考虑的问题
• 3.2 计算模型的建立
• 3.2.1 几何模型
• 3.2.2 计算网格的生成
• 3.3 初始条件和边界条件
• 3.3.1 初始条件
• 3.3.2 边界条件
• 3.4 计算工况
• 第4章 车内流场的数值仿真与分析
• 4.1 客室流场的初步计算
• 4.2 空调管路系统的设计改进
• 4.3 空调管路系统改进后车内气流组织情况
• 4.3.1 客室内压力和速度分布情况
• 4.3.2 客室内温度分布情况
• 2浓度的分布'>4.4 客室内相对湿度与CO₂浓度的分布
• 4.4.1 客室内相对湿度分布情况
• 2浓度分布情况'>4.4.2 客室内CO₂浓度分布情况
• 第5章 车外压力变化对车内流场的影响
• 5.1 空气压力波动的控制
• 5.2 会车压力波对车内气体压力的影响
• 5.2.1 明线会车压力波的影响
• 5.2.2 隧道内会车压力波的影响
• 2浓度的影响'>5.3 会车压力波对客室内CO₂浓度的影响
• 第6章 高速空调客车舒适性评价及标准分析
• 6.1 我国高速空调客车车内流场参数评价标准
• 6.1.1 不同标准比较
• 6.1.2 我国高速空调客车车内流场参数评价标准推荐
• 6.2 气流组织评价指标
• 6.2.1 流场评价指标
• 6.2.2 热舒适性评价指标
• 6.2.3 经济性评价指标
• 6.3 客室内气流组织分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文