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原文传递高原旅客列车车内热环境与氧含量数值研究

论文题名：	高原旅客列车车内热环境与氧含量数值研究
关键词：	高原旅客列车;车内热环境;氧含量;数值模拟;空调系统
摘要：	地处海拔3000m以上的青藏铁路，每年有数百万的旅客通过而急进高原地区，在世界上绝无仅有。高原空调旅客列车内部的低气压和低氧环境易使旅客产生急性高原反应，影响人体舒适。本文首次通过研究青藏高原低气压对列车车体换热性能、车内气流分布、氧气和二氧化碳气体扩散的影响，进行热舒适评价和供氧方式评价，以解决高原低气压空调旅客列车面临的热舒适性和供氧这两个核心问题。内容涉及高原医学、环境学、传热传质学、心理学等多个交叉学科。　　低气压下车外流场的研究是考察高原列车驱动能力和行车安全等空气动力学问题、确定列车空调系统负荷与设备的必要前提。在建立三维稳态传热数值模型的基础上，模拟不同大气压（海拔）列车车体外流场、列车车体侧部和顶部各个位置的压力分布，研究低气压对列车外部空气流动、换热和压力分布的影响规律。　　低气压下列车外部对流换热系数和沿线空调室外综合温度这两个车体传热参数是影响夏季车外热量通过车体传入车内的主要因素。根据列车外部空气流动与换热的研究结果推导出旅客列车外部对流换热系数数值计算值，并与经验值进行比较验证;通过简化青藏铁路旅客列车行车线路，在采集主要站点外气参数的基础上，充分考虑纬度、海拔、大气压和运行方向的影响，把逐时夏季空调室外综合温度看作是运行时间或运行公里的函数，确定了整个线路的夏季空调室外综合温度。　　高原旅客列车车内热环境研究是寻求低气压对车内空气流动与换热影响的一般规律的基础研究。建立了低气压室内环境传热模型，研究不同大气压（海拔）、送风速度、边界换热条件等参数对流场、室内温度场和人体对流换热的影响，将人体表面对流换热系数计算值与经验值进行验证。采取离散坐标法考虑车窗、车体壁面以及乘客等固体表面之间的辐射换热，建立低气压车厢三维稳态传热计算模型。比较了车厢内各个位置的气流速度和温度分布特性、不同大气压（海拔）对车厢内流场和温度场的影响。　　高原低气压旅客列车车内氧气和二氧化碳分布研究是寻求低气压对车内氧含量影响的一般规律的基础研究。根据人体呼吸规律，简化呼吸过程，建立了低气压室内传热传质模型，研究空气中影响人体生理健康的氧气和二氧化碳气体在室内的一般分布特征，以及不同大气压（海拔）、送风速度、边界换热条件等参数对氧气和二氧化碳气体扩散的影响。建立了低气压车厢内空气传质数值模型。研究在未供氧的情况下，不同大气压（海拔）对车厢内的氧气和二氧化碳分布的影响规律;以及不同大气压（海拔）和外气综合温度共同作用下，车厢内各位置的氧气和二氧化碳分布规律。　　高原列车人体舒适性研究对改善列车空调和供氧效果有重要的工程实际意义。对Fanger热平衡方程和PMV指标进行了修正，以适用于车厢内高原低气压供氧环境急进人群。首次研究车厢内的乘客在不同大气压（海拔）下的对流、蒸发和辐射换热量及评价乘客的热舒适状况。比较不同大气压（海拔）车厢内弥散供氧、分布式供氧方式在不同送风速度、送风角度对车厢各断面的氧气和二氧化碳气体分布的影响规律。根据高原低气压下列车乘客人体生理对氧气需求量的研究，首次提出基于Sa(O2)（动脉血氧饱和度）医学指标评价高原低气压旅客列车车厢内各种供氧方式。　　本文首次围绕低气压下热舒适和氧含量两个主要方面研究高原低气压空调旅客列车的车内外空气流动传热、车内传质和人体舒适性问题。不仅可以有助解决青藏铁路旅客列车运行的重大难题，改善高原旅客列车的供氧技术条件和制定供暖通风参数标准，为旅客提供舒适的车内环境，也可以深化对各种低气压环境下人体舒适性一般规律的认识，从而应用到航天航空飞行器等等其它低气压环境中。
作者：	陈宁
专业：	土木工程(供热、供燃气、通风及空调工程)
导师：	廖胜明
授予学位：	博士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文