列车空调系统送风均匀性的优化研究

论文摘要

铁路运输是我国主要的中、长途运输方式,在目前不断提高运行速度的情况下,列车内环境的舒适性也日益受到人们的关注。空调送风系统是当前高速列车重要的子系统,车室内人体热舒适性在很大程度上取决于风道送风的均匀性。本文以某高速列车作为研究对象,利用计算流体力学理论和方法,应用Fluent软件模拟列车送风系统的送风均匀性以及包间内的温度场和速度场的分布情况,并针对计算中出现的问题对送风系统进行改进,最后对改进后的计算结果进行评价,取得了较好的效果,为列车通风设计及优化提供一定的参考和依据。本文完成的研究工作如下:首先对此卧铺车的送风系统进行设计计算,为后续的仿真及试验工作提供依据。其次根据列车CAD图纸建立送风系统及列车包厢的三维模型,对此卧铺车的送风系统进行CFD模拟,通过调整各风口对应的孔口面积对各包间风口的送风量进行调节,使包间之间的送风不平衡率达在5%左右;在此基础上进行气流组织的仿真计算,提出了合理布置包间内物体的方法,使包间内气流分布更为均匀,计算结果表明包间内温度场和速度场分布较为均匀,可以满足客室内舒适性要求。然后,以1:1的比例搭建原型试验台,分别对各送风口风量及包间气流组织进行了测试,通过对比发现各风口风量及包间的CFD模拟值与试验测试值趋势一致而且较为接近,满足工程要求,可见此种通过仿真计算发现问题,进而改变模型进行调整,然后指导试验的方法是可行且有效的。最后,按照铁标中关于温度场和速度场的要求,并且采用不均匀系数和空气分布特性(ADPI)两个评价指标对结果进行了评估,试验结果满足工程要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 课题研究背景
• 1.2.1 铁路客车空调通风系统的发展
• 1.2.2 铁路客车气流组织的发展
• 1.3 本课题研究的内容
• 第2章 试验列车通风系统设计计算
• 2.1 试验列车通风系统
• 2.2 负荷计算
• 2.3 通风系统计算
• 2.3.1 计算方法
• 2.3.2 计算结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 列车风道送风规律及改进设计
• 3.1 概述
• 3.1.1 静压送风道结构及原理
• 3.2 CFD 在风道仿真中的应用
• 3.2.1 CFD 的求解过程
• 3.2.2 数学模型的建立
• 3.3 送风道CFD 计算及数据分析
• 3.3.1 物理模型的建立
• 3.3.2 风道网格的划分
• 3.3.3 边界条件设置
• 3.3.4 仿真结果及分析
• 3.3.5 模型优化后送风系统的仿真
• 3.3.6 模型优化后主风道内隔板上开口尺寸
• 3.3.7 送风系统的全压损失
• 3.4 本章小结
• 第4章 包厢内气流组织仿真研究
• 4.1 概述
• 4.2 包间计算模型建立
• 4.2.1 包间物理模型
• 4.2.2 包间数学模型
• 4.3 包厢模型网格划分
• 4.4 边界条件设置
• 4.5 仿真结果分析
• 4.5.1 速度场分布及气流组织分析
• 4.5.2 温度场分布及分析
• 4.5.3 改进气流组织的措施
• 4.5.4 改进后的气流组织情况
• 4.5.5 关于铁标的规定
• 4.6 气流组织评价
• 4.6.1 不均匀系数
• 4.6.2 空气分布特性指标（Air Diffusion Performance Index）
• 4.7 本章小结
• 第5章 空调送风系统及包间内气流组织的试验研究
• 5.1 概述
• 5.1.1 试验台的搭建
• 5.1.2 试验内容及仪器介绍
• 5.2 送风系统测试结果及分析
• 5.2.1 送风系统风量测试及调节
• 5.2.2 送风系统压力测试
• 5.2.3 送风系统仿真和试验结果对比分析
• 5.2.4 不同工况下的送风均匀性
• 5.3 包厢气流组织试验测试
• 5.3.1 包厢内气流组织测试结果及分析
• 5.3.2 包厢内气流组织仿真与试验结果对比分析
• 5.3.3 气流组织评价
• 5.4 本章小结
• 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