列车空调通风系统的数值仿真

论文摘要

随着我国铁路客车高速化的发展进程,高速客车的辅助设备技术必须迅速适应这一发展要求。目前空调客车的运行时间往往比较长,旅客在乘车过程中常常出现疲倦、头晕、口渴、胸闷等情况,这些都是由于空调客车内空气状况恶劣所引起的。因此,改善空调客车的空气调节系统,使其能够为乘客提供较高品质的空气从而满足乘客的乘车舒适度,具有十分重要的现实意义。计算机和计算流体动力学(CFD)技术的不断发展,为三维数值模拟能得到越来越广泛的应用提供了条件。目前利用CFD进行模拟正逐步成为了解流体机械内部流动状况的重要手段。本文通过考虑多种因素对车厢内流场进行数值模拟并比较验证,得出空气含湿量以及人体的散热与散湿对车厢内环境造成的影响,为人们在应用数值模拟方法下对列车空调通风系统的设计提供了可借鉴的参考因素。论文首先建立空调列车的几何模型并进行网格划分,然后对现有的列车空调通风系统进行数值模拟仿真,通过模拟所得结果观察车厢内的空气流动以及温度分布等情况,找出空调通风系统需要改善之处。对传统的空调客车结构进行优化,通过对优化结果的分析,验证改进方案的优劣性。对不同外界环境下的车厢温度情况进行了数值模拟,并对外界热辐射造成的车厢温度变化情况进行了比较。考虑多种因素对空调客车内空气状况的影响,如空气的含湿量,人体散热与散湿等人体工况,对各种条件下空调通风系统进行数值模拟,并且了解到各种因素对车厢内空气状况的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 1 研究的必要性和意义
• 1.1 旅客列车空气调节系统的发展要求
• 1.2 CFD 技术的优越性
• 2 发展现状
• 2.1 日本旅客列车的空气调节系统
• 2.2 法国旅客列车的空气调节系统
• 2.3 德国旅客列车的空气调节系统
• 3. 计算流体动力学
• 3.1 计算流体动力学的发展
• 3.2 计算流体动力学在空调领域的应用现状
• 3.3 我国CFD 技术发展现状
• 4 本文所做的主要工作
• 第一章 CFD 基本原理简介
• 1.1 计算流体动力学的工作步骤
• 1.2 计算流体动力学的求解过程
• 1.2.1 总体计算流程
• 1.2.2 建立控制方程
• 1.2.3 确定边界条件与初始条件
• 1.2.4 划分计算网格
• 1.2.5 建立离散方程
• 1.2.6 离散初始条件和边界条件
• 1.2.7 给定求解控制参数
• 1.2.8 求解离散方程
• 1.2.9 判断解的收敛性
• 1.3 常用的离散化方法
• 1.4 有限体积法
• 1.4.1 有限体积法所使用的网格
• 1.4.2 有限体积法的求解步骤
• 1.4.3 有限体积法的离散格式
• 本章小结
• 第二章 CFD 商用软件简介
• 2.1 CFD 商用软件的主要特点
• 2.2 常用CFD 商用软件结构
• 2.3 CFD 商用软件基本选用原则
• 2.4 CFD 通用商用软件简介
• 2.4.1 Phoenics 软件
• 2.4.2 CFX 软件
• 2.4.3 CFdesign 软件
• 2.4.4 FLUENT 软件
• 2.5 选用FLUENT 软件的依据
• 本章小结
• 第三章 列车空调通风系统的数值仿真
• 3.1 数学模型
• 3.1.1 质量守恒方程
• 3.1.2 动量守恒方程
• 3.1.3 能量守恒方程
• 3.1.4 湍流控制方程
• 3.2 几何模型
• 3.3 网格划分
• 3.4 气流组织方式
• 3.5 边界条件的设定
• 3.6 计算方法的选用
• 3.7 计算结果与分析
• 3.8 改进方法的验证及结果分析
• 3.9 外部环境温度对车厢内温度的影响
• 本章小结
• 第四章 空气含湿量对车厢内温度分布的影响
• 4.1 空气成分的组成
• 4.2 控制方程的选用
• 4.3 边界条件和计算方法的设定
• 4.4 计算结果的分析
• 本章小结
• 第五章 人体工况对空调列车车厢内空气状况的影响
• 5.1 数学模型
• 5.2 数值求解方法
• 5.3 并行计算
• 5.3.1 并行计算的原理
• 5.3.2 并行计算的步骤
• 5.4 计算模型的设定
• 5.5 边界条件的设定
• 5.6 计算结果的分析
• 5.6.1 人体散热对环境的影响
• 5.6.2 人体散湿量对环境的影响
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢