空调列车气流组织的数值分析

论文摘要

随着我国铁路第六次提速,旅客对空调列车的舒适性提出了更高的要求。但当前空调列车的空气品质与旅客的期望值仍有差距,主要表现在关键部位空气龄较长,PMV不达标,影响了旅客的舒适性,因此对改进列车空调系统的呼声愈来愈高。由于不同的通风方式及送排风口位置会产生不同的气流组织,因此本文选取顶置混合通风、孔板送风、下送上排通风(准置换通风)进行仿真研究,以便对目前列车空调系统的改进提出理论依据。在模拟中突出了以人为本的研究理念,根据铁标规定选取旅客坐姿、睡姿、站姿的高度进行气流组织研究。由于美国Fluent公司专门用于暖通空调领域的Airpak软件具有快速地建模功能,强大的求解器及后处理显示功能,又限于实验条件,因此本文采用该软件对25T型软卧空调车的不同通风方式进行数值模拟。首先对模型进行简化,然后通过文献的实验数据和相同条件下Airpak模拟结果进行对比,验证Airpak模拟方法的正确性。以此为基础,对软卧车混合通风、孔板通风、准置换通风方式建模,并进行了多种送风参数的模拟计算,对各种送风参数典型截面的PMV值及平均空气龄值进行了对比分析,找出了较理想的送风参数。最后,将三种通风方式在温度分布、速度分布、空气品质及节能方面进行了比较分析,得出了很多有益的结论。通过研究发现:用数值模拟的方法分析和评价车厢内气流组织是可行的;本文对三种通风方式分别计算了不同送风参数组合,得到了每种送风方式的最佳参数组合;在达到相同舒适度的准置换通风比混合通风方式具有送风温度高,空气品质好,节能等优点;准置换通风在0.5m处空气龄值最小,刚好对应于下铺旅客睡姿位置,对旅客的最佳睡姿给出建议。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 铁路客车空调通风系统的研究现状
• 1.2.1 国内铁路客车通风发展情况
• 1.2.2 国外铁路客车通风发展情况
• 1.3 课题研究内容及方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第2章 数学模型及模拟方法的实验验证
• 2.1 流动的数学物理模型
• 2.1.1 控制方程
• 2.1.2 紊流模型
• 2.2 边界条件的确定
• 2.3 模型的离散求解
• 2.3.1 空间离散格式
• 2.3.2 常用离散控制方程组的求解方法
• 2.4 通风系统的热舒适性评价指标
• 2.5 Airpak软件介绍
• 2.6 Airpak模拟方法的实验验证
• 第3章 上送下排方式气流组织的模拟
• 3.1 顶置混合通风的数值模拟
• 3.1.1 模型的建立
• 3.1.2 网格划分
• 3.1.3 计算结果及分析
• 3.1.4 改变送风参数的分析
• 3.2 孔板送风的数值模拟
• 3.2.1 网格划分
• 3.2.2 计算工况及结果
• 3.3 本章小结
• 第4章 下送上排方式气流组织的模拟
• 4.1 置换通风原理及特点
• 4.2 准置换通风模型
• 4.3 网格划分
• 4.4 计算结果及分析
• 4.5 改变送风温度及速度的分析
• 4.5.1 改变送风温度的模拟结果
• 4.5.2 改变送风速度的模拟结果
• 4.5.3 同时改变送风温度及速度的模拟结果
• 4.5.4 不同送风参数效果的比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 不同通风方式模拟结果的对比
• 5.1 技术指标
• 5.2 混合通风和孔板送风的对比
• 5.3 混合通风和准置换通风的对比
• 5.3.1 包间铺位温度沿人体轴向分布曲线对比
• 5.3.2 包间铺位空气龄值沿人体轴向分布曲线对比
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望与建议
• 参考文献
• 学位论文数据集