青藏线（格-拉段）空调旅客列车冬季车内环境参数沿线变化数值研究

摘要

地处海拔3000m以上的青藏线由于其“低压、低温、缺氧、日温差大”等特殊气候环境使得对冬季运行的青藏线空调旅客列车提出了新的要求。冬季运行的青藏线空调旅客列车内部的低温、低压、低氧、CO2浓度高等问题易使乘客发生高原反应，影响乘客热舒适性。研究青藏线空调旅客列车车内环境参数沿线变化及乘客热舒适性对冬季运营的青藏线空调旅客列车来说有重要的现实意义。论文所作的主要工作如下：
　　(1)以25T型z6811次列车为例，采用Z传递函数法对车厢围护结构的非稳态传热过程进行分析。在分析非稳态传热过程时，首先确定适用于高原列车的车体外表面对流换热系数；其次，在采集列车途经主要站点气象数据的基础上，充分考虑列车运行方向对太阳辐射得热量的影响，合理简化列车运行路线，把逐时空调室外空气综合温度看作运行时间的函数，确定沿线的冬季空调室外空气综合温度。
　　(2)利用FLUENT软件对25T型z6811次列车途经主要站点时不同送风参数下车内流场、温度场、CO2浓度场及O2浓度场进行数值分析。建立了25T型空调列车硬座车厢的数学及物理模型，研究主要站点、送风参数、边界条件等因素对车内速度场、温度场、CO2浓度场及O2浓度场的影响。
　　(3)采用在高原地区适用的人体热平衡及PMV指标修正方程对在列车途经主要站点、不同送风参数时车厢内乘客的热舒适状况进行研究。
　　研究结果表明：青藏线空调旅客列车运行过程中，太阳辐射对车厢内热环境的影响是不可忽略的。受送风口位置及车门影响，靠近过道处乘客周围区域风速较其它乘客大，部分乘客有吹风感，整体气流有从车厢中部向车门运动的趋势；温度场受乘客、散热器散热及速度场等影响，乘客区域温度较过道区域高，乘客附近存在较大的温度梯度，乘客上方存在上升的热羽流，行李架下方有高温气团的集聚现象；CO2浓度场受到速度场、温度场的耦合作用及车门回风影响，从车厢中部向车门方向，车厢中上部区域的CO2浓度水平呈上升趋势，而座椅下方的CO2浓度水平则呈下降趋势，车厢中上部CO2浓度水平较座椅下方的CO2浓度水平高，乘客鼻子呼吸区域存在较大的CO2浓度梯度；O2浓度的时空变化与CO2浓度的时空变化呈逆相关关系，即CO2浓度高的区域O2浓度低， CO2浓度低的区域O2浓度高，乘客鼻子呼吸区域亦存在较大的O2浓度梯度；PMV值在-0.5至1间变化，大部分值在-0.5至0.5区间内，乘客舒适性较为理想。送风速度增加，车内流场、温度场、CO2浓度场及 O2浓度场有显著变化，车内整体速度水平提高，局部区域的涡有增大、移动的现象；温度场受速度场影响，温度分布更加均匀，整体水平降低，局部区域温度有所变化；CO2浓度场受流场及温度场的耦合影响，CO2浓度分布更均匀，整体水平降低；O2浓度的时空变化与 CO2浓度的时空变化呈逆相关关系，随着送风速度的增加，O2浓度分布更均匀，整体水平升高；PMV值波动变强，波动范围变大，在-1至1间变化，局部区域有超出-1至1区间的现象，车厢内热舒适性分布较为不均。
　　在冬季运行的青藏线空调旅客列车不仅受到沿线变化的气象参数影响，还会受到车体围护结构、车内人体及电加热器散热的影响，这些因素复杂、多变，要获得更为实用、准确、完善的研究结果，还需大量更为细致的工作。

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1绪论

1.1 研究现状

1.2 青藏铁路自然环境

1.3 研究内容

2列车非稳态传热过程分析

2.1列车车厢物理模型

2.2传递矩阵和传递函数

2.3反应系数法

2.4 Z传递函数法

2.5室外空气综合温度tZ的计算

2.6 传热过程计算结果

3数值计算基础

3.1计算流体力学介绍

3.2求解流体流动的数值方法

3.3流体流动和传热问题的控制方程

3.4湍流数值模拟

3.5求解N-S方程的压力修正法

4列车车内环境数值分析

4.1模型验证

4.2网格划分

4.3简化假设及边界条件

4.4数值方法

4.5结果分析

5高原环境列车热舒适性

5.1常压下热平衡方程

5.2高原环境热平衡方程修正

5.3车内热舒适性评价

5.4空调列车送风工况转换概述

6结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果