高速列车车厢内的气流组织及空气品质的研究

摘要

高速列车内空气品质的好坏直接影响到乘客的舒适性，因此研究高速列车室内空气的流动情况是至关重要的。本文主要以动车组的软卧车的一个包厢为研究对象建立模型，利用计算流体软件FLUENT6.3.26采用RNGκ-ε湍流模型对软卧包厢内空气的三维湍流流动和传热进行了数值模拟计算。
　　 首先对列车空载时包厢内的温度场和速度场进行了数值模拟，并对模拟结果进行讨论。由模拟结果可知包厢靠窗侧的速度比较大，所以建议乘客在休息时可将头部放在靠近门的一侧。通过模拟结果与同工况下的实验结果进行分析对比可得其误差都在工程允许的精度范围之内，验证了采用RNGκ-ε湍流模型对软卧包厢气流组织进行数值模拟计算方法的可行性，为之后载人模拟计算提供了依据。
　　 其次对列车软卧车厢定员时包厢门开启垂直送风、包厢门开启45°送风、包厢门关闭垂直送风和包厢门关闭45°送风四种工况下包厢的温度场、速度场、CO2浓度场进行了数值模拟，并重点分析了四种工况下气流组织分布以及影响气流组织的因素。
　　 最后通过模拟计算的结果利用吹风感、空气龄、热舒适性PMV-PPD指标以及通风效率和温度效率等指标对四种工况下包厢内空气品质进行了分析对比，得出各个工况下包厢内的空气品质以及人体舒适性的优劣。
　　 本文的研究工作对高速列车软卧车厢内送风方式的优化和包厢内空气品质的改善提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

主要符号表

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 列车车厢内空气气流组织国内外研究现状

1.2.2 列车车厢内空气品质国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 软卧车厢内气流数值模拟的基本理论

2.1 湍流的概念

2.2 湍流数值模拟

2.2.1 数值计算方法

2.2.2 湍流数值模拟方法

2.3 模拟计算平台的简介

2.3.1 模拟软件FLUENT的介绍

2.3.2 并行运算

2.3.3 UDF编程

2.4 本章小结

第三章 软卧车厢内的数值模拟与模型实验的验证

3.1 车厢内流动与传热的数值模拟

3.1.1 物理模型

3.1.2 数学模型

3.1.3 边界条件的处理

3.1.4 数值计算方法

3.1.5 模拟结果分析

3.2 模型实验

3.2.1 试验依据

3.2.2 试验方法

3.2.3 测点布置

3.3 结果比较分析及讨论

3.3.1 实验结果

3.3.2 模拟结果与实验结果的对比

3.3.3 误差分析

3.4 小结

第四章 软卧车厢内流动与传热的数值模拟

4.1 计算模型

4.1.1 物理模型

4.1.2 数学模型

4.2 边界条件

4.2.1 壁面边界

4.2.2 乘客散热量

4.2.3 浓度边界

4.3 数值计算方法

4.4 计算结果分析

4.4.1 工况一数值模拟结果分析

4.4.2 工况二数值模拟结果分析

4.4.3 工况三数值模拟结果分析

4.4.4 工况四数值模拟结果分析

4.5 小结

第五章 高速列车车厢内空气品质的评价

5.1 吹风感

5.2 空气龄

5.3 热舒适性PMV-PPD指标

5.4 通风效率及温度效率比较

5.4.1 通风效率

5.4.2 温度效率

5.5 小结

第六章 结论与后续工作

6.1 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