硬卧客车内气流组织的数值模拟与空调方式的优化研究

摘要

随着铁路事业的快速发展，铁路客车已成为人们外出旅行的主要交通工具，但目前空调客车内的热环境和空气品质不能满足旅客要求。例如，空调硬卧车厢内各铺位之间温度分布不均匀;在乘坐长途列车时，旅客常常会出现口干、鼻塞、头晕、皮肤干燥、烦躁等不良症状。气流组织的好坏是影响空调列车室内热环境和空气品质的决定性因素，故本文将对空调列车室内气流组织进行模拟研究。
　　经大量研究成果表明，Standard k-ε紊流模型被应用于研究空调车厢内气流组织领域已十分成熟。本文依此结论为基础，以YW25K型空调硬卧列车为研究对象，借助PHOENICS模拟软件，模拟几种典型紊流模型，通过对比分析找到更合理的紊流模型。然后，采取相同紊流模型，分别对不同网格划分方法及不同迭代次数进行模拟分析，找到合适的网格划分方法及迭代次数。并通过实验验证的方式证明所建立的数学模型、物理模型、热源条件处理及松弛因子选取等的合理性和可信性。
　　由于整节车厢模型复杂，计算量大且耗时，为方便后续进一步研究，本文提出一种大空间的模拟简化方法，采取对边界条件进行适当处理，实现用中部卧铺隔间代替整节车厢进行研究，通过分析得出该简化方法是合理的、可信的。
　　本文通过对不同送风角度及不同送回风方式进行模拟，分析各种情况下硬卧车厢内典型断面的气流组织评价指标，得出40°左右为合理的送风角度，每层铺位上侧送风车厢端部回风（即工位送风）为较合理的送回风方式。
　　本文的研究结果对改善空调硬卧客车内的舒适状况和空气品质提供重要的参考依据。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 我国铁路客车空调研究现状

1．2．2 国外铁路客车空调研究现状

1．2．3 气流组织数值模拟的国内外研究现状

1．3 主要研究内容

第二章 物理模型的建立与求解

2．1 CFD概述

2．1．1 CFD简介

2．1．2 CFD构成与计算流程

2．2 流体力学控制微分方程

2．3 控制微分方程的离散

2．4 离散方程的数值求解

2．5 硬卧空调列车物理模型及参数计算

2．5．1 物理模型建立

2．5．2 计算边界条件

2．5．3 负荷计算

2．6 紊流模型的选取

2．6．1 紊流的定义

2．6．2 紊流的一般特性

2．6．3 紊流模型介绍

2．6．4 紊流模型模拟结果与分析

2．7 网格划分的选取

2．8 迭代次数的选取

本章小结

第三章 实验验证及模拟简化方法

3．1 实验对象

3．2 实验目的

3．3 实验方法与测点布置

3．4 实验仪器及现场图片采集

3．5 实验结果与分析

3．5．1 模拟结果与测试结果统计

3．5．2 模拟结果与测试结果分析

3．6 大空间模拟简化方法

3．6．1 模型描述

3．6．2 计算结果分析

本章小结

第四章 送风角度对空调列车室内热舒适性的影响

4．1 室内热环境评价指标

4．2 最佳角度的确定

4．3 温度场与速度场分析

4．4 舒适度与空气龄分析

4．5 二氧化碳浓度分析

4．6 经济性评价

本章小结

第五章 送风方式对空调列车室内热舒适性的影响

5．1 模型建立

5．2 模拟计算结果

5．3 三种送回风方式模拟结果对比分析

本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间发表的论文

附录2 数值模拟原始方程式Q1文件