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原文传递铁路空调客车内流场数值分析

论文题名：	铁路空调客车内流场数值分析
关键词：	铁路旅客列车;空气调节;气流组织;数值模拟;内流场;车辆工程;铁路客车;车内环境舒适性
摘要：	随着我国铁路建设的发展以及人们对物质生活要求的日益提高，高速、舒适的现代化列车将成为铁路客车发展的方向和主流，车内环境舒适性将成为客车设计所追求的重要指标。空调客车因其可以随气候变化调节车内环境而得到越来越多的应用。传统的客车空调设计一般只考虑总体送风量和总体热交换量，车厢内的气流分布和温度分布无法精确设计。本文以空调客车各车型为研究对象，利用流体流动和传热动力学方程为基础的数值计算方法对车厢内部空气流动和传热状况进行了分析。本文的工作是根据某客车厂空调客车内部流场分析课题所展开的。文中利用数值计算方法对不同气流组织下空调客车车厢内部的速度场与温度场的分布进行了模拟。计算中流动控制方程为N-S方程，紊流模型使用k-ε两方程湍流模型，采用有限体积法离散计算区域，近壁区采用壁面函数法考虑墙壁边界条件，并使用迎风差分格式，速度-压力耦合采用SIMPLE算法。计算中采用了多种壁面散热条件，综合考虑了车体壁面传热、太阳辐射、人体散热等多种传热过程，并考虑了由于温度差引起的浮升力的影响。根据计算结果，得到了各项气流组织评价指标：用不均匀系数kx来评价温度与速度分布的均匀性，用有效温度差(()ET)与空气分布特性指标(ADPI)来评价热舒适度，用投入能量利用系数η来评价经济性。文中详细分析了三种车型数值计算的结果，得出了温度场和速度场的分布特征，并总结得到流场分布的规律及其主要影响因素，从而提出有针对性的改进工况，初步优化的效果明显。研究发现：硬座车厢目前普遍使用的车顶条缝及格栅送风方式都是较好的送风方式。通过选择送风温度和送风速度组合，可以满足热舒适性与经济性的要求。硬卧车厢目前使用的车顶格栅送风方式受车厢结构与送风方式的影响，制冷效果差。改为行李架侧送风方式后，气流组织有明显改善，各项指标均达到要求。软卧车厢的孔板式送风方式能保证满足热舒适性要求，是较好的送风方式，但能量利用效率较差。而新型的车顶贴附送风方式在保证热舒适性的基础上能进一步改善流场的均匀分布。通过本课题的研究发现，使用数值模拟方法来分析和评价车厢内气流组织是可行的。文中对气流组织提出的合理建议，有利于空调客车的舒适度提高与节能控制。研究结果为铁路空调客车车厢内气流组织的合理设计提供了有价值的参考依据。
作者：	张曙
专业：	车辆工程
导师：	李人宪
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文