城轨车厢空调系统送风风道及车厢内热环境的数值模拟

摘要

随着轨道交通的高速发展及普及，人们出行的主要方式将从原有的传统交通向轨道交通转变。地下轨道交通相对于地上交通其运行环境更为密闭，各种污染物更易于堆积而造成空气环境恶化，乘客对轨道交通车厢内环境的热舒适性提出了更高的要求，因此对轨道交通车厢内热环境的研究显得尤为重要。
　　 本文以某城轨车厢及其空调系统送风风道为研究对象，采用数值模拟的方法，通过FLUENT软件对空调系统送风风道内流场、车厢内热环境进行了数值模拟。主要工作如下：结合研究对象，通过选用不同的湍流模型进行模拟，对各种湍流模型的适用性进行了研究，详细分析了各种湍流模型的计算结果，选择Realizable k-ε双方程湍流型作为本文数值模拟的湍流模型;通过对研究对象物理模型划分不同的网格数进行计算，对网格无关性进行了验证。对研究对象内空调系统送风风道内流场进行了数值模拟;研究了送风风道内各静压挡板对各出风口出风均匀性的影响;并对送风风道的结构进行了优化。对车厢内空调系统送风口模型进行了研究，将多孔板送风口采用不同的简化方法进行简化，对比计算结果，发现通过采用FLUENT软件中的UDF（用户自定义函数）改变动量源项的方法对多孔板送风口进行了简化更能反映多孔板送风射流的实际情况。研究了不同送风速度及不同送风温度下车厢内流场和温度场的分布特点;通过FLUENT软件中UDF编制热舒适评价指标PMV/PPD程序，将其应用于车厢内乘客热舒适性的研究，得到了不同送风速度及不同送风温度下车厢内乘客热舒适性的分布规律。对不同风速和不同温度下，车厢内空气湿度对乘客热舒适性的影响进行了研究。最后分析计算结果，在发现原有车厢内气流组织存在问题的基础上，对车厢内气流组织提出了相应的优化方案并进行计算，对比了优化前和优化后的计算结果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景及意义

1．3 国内外车厢内热环境的研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本文研究内容及基本思路

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究的基本思路

第二章 送风风道及车厢内空气流动与传热的数值计算方法

2．1 数值计算的基本思路

2．2 车厢内空气流动数值模拟的物性模型

2．3 数学模型

2．3．1 车厢内空气流动与传热的控制方程

2．3．2 湍流模型

2．4 初始条件和边界条件

2．4．1 固定壁面边界条件

2．4．2 自由流边界条件—入口和出口边界条件

2．4．3 对称面边界条件

2．4．4 车厢内内热源面边界条件

2．5 计算区域与控制方程的离散化

2．5．1 有限体积法的基本思想

2．5．2 区域离散(网格划分)

2．5．3 有限体积法的基本过程

2．5．4 常用差分格式介绍

2．6 离散方程的求解

2．7 车厢内热负荷计算

2．7．1 车厢内外计算参数

2．7．2 车体围护结构传热量

2．7．3 人体散热量

2．7．4 机械设备散热量

2．8 本文研究所用商业软件简介

2．8．1 前处理软件GAMBIT

2．8．2 求解器FLUENT

2．8．3 后处理TECPLOT

2．9 湍流模型选择及网格无关性验证

2．10 本章小结

第三章 空调系统送风风道流场的数值模拟及优化

3．1 车厢内空调系统送风风道的物理模型

3．2 边界条件处理

3．3 计算结果及分析

3．3．1 原始计算结果及分析

3．3．2 主风道各静压挡板对出风口出风均匀性影响

3．3．3 扁风道静压挡板对出风口出风均匀性影响

3．3．4 送风风道的优化

3．4 本章小结

第四章 风口模型研究

4．1 风口模型概述

4．2 风口模型简化的基本思想

4．3 物理模型

4．4 边界条件的处理

4．5 简化后风口模型与原多孔板风口模型的计算结果对比

4．6 本章小结

第五章 车厢内热环境的数值模拟

5．1 城轨车厢内人体热舒适性评价指标

5．2 城轨车辆相关评价标准

5．3 城轨车厢物理模型的建立及其简化

5．4 车厢内数值计算的结果及分析

5．4．1 送风速度对车厢内流场、温度场及热舒适性的影响

5．4．2 送风温度对车厢内流场、温度场及热舒适性的影响

5．5 车厢内空气的湿度对人体热舒适性的影响

5．6 本章小结

第六章 车厢内空调通风系统优化数值模拟

6．1 优化方案的提出

6．2 优化方案的计算结果及分析

6．2．1 优化前后流场的比较

6．2．2 优化前后温度场的比较

6．2．3 优化前后热舒适性的比较

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 后续工作

参考文献

附表

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果