列车包厢不同供热方案仿真模拟及优化研究

摘要

目前，高速列车车厢内气流组织的研究基本停留在对夏季制冷工况的研究，而对冬季供暖方案的研究甚少。在研究传统列车供暖方案时，发现其并不能满足当今的热舒适要求，因此将电加热薄膜供暖和传统列车供暖方案相结合，对该复合供暖系统在高速运行列车中应用时的热环境进行模拟与分析。本文采用实验和数值模拟的方法验证模型选择的适用性，对列车车厢不同供热方案进行模拟及优化研究。 首先，为提高列车车厢内热环境的模拟精度，在哈尔滨工程大学人工环境实验室就列车车厢传统供热方案进行了三个验证实验，对这三个验证实验的温度场进行记录和分析。 然后，分别采用商业软件Airpak3.0中的常用的两个湍流模型和两个辐射模型对三个实验进行CFD仿真计算。将仿真计算结果中的温度场与实验结果进行对比，分析不同模型在室内供暖方案数值模拟计算中的匹配性。计算结果表明，对于供暖问题，标准k-ε湍流模型和离散坐标辐射模型相组合计算的相对精度较其他模型高，并且经过模拟得到了适合的网格数量级。 在此基础上，对列车车厢中 VIP六人包厢内气流组织进行仿真模拟，分析各供暖方案中包厢内乘客活动区域的温度、速度和PMV的分布情况，得出最符合设计要求及人体热舒适性的工况。 最后，为进一步满足人体的热舒适性要求，将电加热薄膜供暖与上述列车供暖方案相结合，设定不同的加热温度和电加热薄膜放置位置，得到最优化工况。 本文通过对 CRH3型高速列车内六人 VIP包厢内的气流组织进行仿真模拟计算，其研究结果可为高速列车冬季供暖方案提供技术参考。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究课题的背景及意义

1.2 空调列车的气流组织研究现状

1.3本课题的研究内容

第2章 数值模拟理论

2.1 描述流体运动的基本方程

2.2湍流模型

2.3辐射模型

2.4 本章小结

第3章 模型验证实验

3.1 人工环境实验室实验简介

3.2实验工况及结果分析

3.3本章小结

第4章 车厢内流场数值计算与模拟分析

4.1 车厢的物理模型

4.2 K值计算

4.3车厢气流组织评价的热舒适性指标

4.4 车厢传统供热方案内流场模拟分析

4.5本章小结

第5章 电加热薄膜改进方案内流场模拟分析

5.1 电加热薄膜改进工况简介

5.2 改进工况后温度特性分析

5.3 改进工况速度特性分析

5.4 改进工况PMV特性分析

5.5外界温度对送风温度和薄膜温度的影响

5.6本章小结

结论

参考文献

致谢