铁路客车沿线气象参数模型及其应用研究

论文摘要

一直以来，我国铁路客车空调车外设计气象参数按照铁道部标准TB1951-87执行，其中规定：对于北京以南运行的地区运行的客车夏季车外空气计算温度35℃，相对湿度60％，太阳辐射强度以武汉地区为准，车外风速不超过5m／s。然而对于运动中的铁路客车而言，要分析研究其动态特性（如动态负荷、空调系统动态能耗、车厢内温湿度状态），仅按标准规定的某组数据不够，必须建立列车运行区间的沿线各个特征站点的室外气象参数模型。本文首先回顾了有关列车车厢内热力状态模拟相关技术的国内外进展，然后基于时间序列分析的基本思想，借助人工神经网络这一手段，建立了铁路客车沿线车外气象参数模型。并用一组导热微分方程加上相应的边界条件描述车厢隔热壁传热，最终建立了整个车厢的热负荷模型。在对围护结构的离散上选用状态空间法，最后采用特征值法求解所建立的方程组，用MATLAB（矩阵实验室）编制了所有相关的程序，模拟研究了不同运行条件下整个运行过程中车厢内空气状态参数（全程车厢内逐时温度）变化。本文的研究成果对后续列车空调系统能耗、列车车厢内热环境最优控制等研究具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 铁路客车沿线车外气象参数模型
• 2.1 铁路客车沿线车外气象参数模型的建立
• 2.1.1 建模参数及气象数据源的选择
• 2.1.2 建模方法的选择
• 2.1.3 模型的建立
• 2.2 铁路客车车外气象参数模型实例
• 2.2.1 7月22日13时出发的北京→广州T29次下行线列车
• 2.2.2 7月22日11时出发的广州→北京的T30次上行线列车
• 2.3 本章小节
• 第三章 车厢的热力系统模型及其求解
• 3.1 热力系统模型
• 3.2 基本方程及其求解
• 3.2.1 隔热壁的传热基本方程
• 3.2.2 车厢热传导过程的求解方法
• 3.2.3 基本方程的建立
• 3.3 太阳辐射得热的计算
• 3.3.1 隔热壁的太阳辐射得热的计算
• 3.3.2 车窗的太阳辐射得热的计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 车厢内空气状态参数模拟
• 4.1 原始性能技术参数
• 4.2 各种参数的计算
• 4.2.1 对流换热系数的确定
• 4.2.2 内部产热的确定
• 4.2.3 空间离散距离的确定
• 4.2.4 车厢外通风换热量
• 4.2.5 hr的计算
• 4.2.6 计算窗户的基本传热中所用到的参数
• 4.3 太阳辐射得热的计算
• 4.3.1 隔热壁的太阳辐射得热的计算
• 4.3.2 车窗的太阳辐射得热的计算
• 4.4 算法设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 不同运行条件下车厢内空气状态参数的模拟与分析
• 5.1 在定员条件下空调机“强冷”或“弱冷”运行
• 5.1.1 空调机组“弱冷”运行
• 5.1.2 空调机组“强冷”运行
• 5.1.3 “强冷”和“弱冷”运行条件下的车厢内温度模拟结果对比
• 5.2 同时开启两台空调机组的条件下，上座率分别为120%（超员），100%（定员）和80% （不满员）时
• 5.2.1 上座率为100%（定员）
• 5.2.2 上座率为80%（不满员）
• 5.2.3 上座率分别为120%（超员）
• 5.2.4 不同上座率时车厢内热力状态参数模拟结果对比
• 5.3 标准条件下列车起停时的车厢内的温度变化（以郑州站为例）
• 5.3.1 车外对流换热系数的变化
• 5.3.2 车厢外通风换热量的变化
• 5.3.3 列车起停时的车厢内的温度变化（以郑州站为例）
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与后续工作
• 6.1 本文主要工作与结论
• 6.2 后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果