高速动车组空调通风系统数值仿真及分析

论文摘要

当前,我国高速铁路事业飞速发展,铁道部积极推进对先进技术引进消化吸收再创新的政策,在这些具体环节中,如何通过消化吸收从而形成自主创新能力,是一个系统工程,而空调通风系统作为其中一个子系统,须要大量细致的科学研究。列车空调通风系统决定着旅客车厢内空气的温度、湿度、流速等因素,从而直接影响旅客乘坐的舒适性,因而其研究也十分具有现实意义。本文以某国外引进的高速动车组头车空调通风系统为研究对象,利用CFD数值仿真方法,使用CAD实体建模软件和CFD数值仿真软件,采用湍流计算模型和SIMPLE算法,通过几种不同工况的数值计算结果,研究风道内和客室内的温度场和速度场,分析其结构和送风方式。首先,在实体建模软件中建立了仿真模型,在CFD软件中进行模型的预处理,包括实体模型的导入、网格生成和定义边界条件。然后,在CFD软件中进行数值仿真计算,通过得到的给定夏季工况车厢内温度场、速度场的模拟结果,结合UIC-533标准,分析和评价该空调通风系统结构设计和夏季送风方式。之后,在夏季工况考虑空气含湿量因素的影响,再次进行数值计算,根据计算结果,得出结论考虑空气含湿量因素对车厢内温度场、速度场的影响不大,因此在数值分析中可以忽略含湿量的影响。最后在给定冬季工况下,设定两种不同的送风温度分别进行数值计算,通过两种方案对比确定比较合适的送风温度,并且进一步评价空调通风系统结构设计和冬季的送风方式。本文对于空调通风系统的研究采用虚拟仿真技术,结合国际通用的空调标准评价体系,在方案的设计阶段对空调效果进行仿真分析、对设计方案进行评估、也可以在动车组设计过程中推广应用这种先进的设计理念。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 发展现状
• 1.2.1 国内外高速动车组发展
• 1.2.2 高速动车组关键技术特征
• 1.2.3 高速动车组空调通风系统
• 1.3 本文研究目的和主要内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 CFD 数值仿真方法的理论基础
• 2.1 流体力学理论基础和实验方法
• 2.1.1 流体力学理论基础
• 2.1.2 流体力学实验方法
• 2.1.3 实验方法的局限
• 2.2 计算流体力学（CFD）数值仿真方法
• 2.2.1 计算流体力学（CFD）
• 2.2.2 CFD 数值计算方法
• 2.2.3 CFD 方法的基本控制方程
• 2.2.4 CFD 数值模拟的过程
• 本章小结
• 第三章 SolidWorks 建模软件和CFD 模拟软件简介
• 3.1 实体造型软件SolidWorks
• 3.1.1 SolidWorks 软件的设计方法
• 3.1.2 SolidWorks 软件的应用
• 3.1.3 SolidWorks 软件的特点
• 3.2 CFD 仿真软件FLUENT
• 3.2.1 FLUENT 软件简介
• 3.2.2 FLUENT 软件的优势
• 3.3 其他CFD 软件简介
• 3.4 CFD 软件配置和操作过程
• 本章小结
• 第四章 仿真模型的建立和预处理
• 4.1 仿真模型的建立
• 4.2 仿真模型的预处理
• 4.2.1 实体模型导入CFD 软件
• 4.2.2 网格生成
• 4.2.3 定义边界条件
• 本章小结
• 第五章 高速动车空调通风系统在夏季工况的数值仿真
• 5.1 计算结果及分析
• 5.1.1 主风道中的速度、温度分布
• 5.1.2 供暖风道中的速度分布
• 5.1.3 车厢中的速度分布
• 5.1.4 车厢中的温度分布
• 5.1.5 引入UIC 标准的分析
• 5.2 考虑空气含湿量的依据
• 5.2.1 湿空气概念
• 5.2.2 湿空气的成分描述
• 5.3 考虑空气含湿量的计算结果及分析
• 5.3.1 主风道中的速度、温度分布
• 5.3.2 供暖风道中的速度分布
• 5.3.3 车厢中的速度分布
• 5.3.4 车厢中的温度分布
• 本章小结
• 第六章 高速动车空调通风系统在冬季工况的数值仿真
• 6.1 冬季的计算工况
• 6.2 两种方案计算结果对比分析
• 6.2.1 主风道中的速度、温度分布对比
• 6.2.2 供暖风道中的速度分布对比
• 6.2.3 车厢中的速度、温度分布对比
• 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