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        A型地鐵客室氣流組織仿真分析及試驗

        2016-12-31 00:00:00
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年22期

        摘 要:文章以某A型地鐵車輛空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)為例,通過仿真計算和模型車試驗驗證對A型地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,保證客室氣流組織的均勻性,為A型地鐵車輛空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

        關(guān)鍵詞:A型地鐵;空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng);仿真計算;試驗

        前言

        隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,對地鐵車輛車內(nèi)舒適度提出了更高的要求。車輛空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)是車廂內(nèi)空氣溫度、濕度及潔凈度的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對于地鐵車輛,由于大多數(shù)乘客處于站立狀態(tài),頭部更接近頂部出風(fēng)口,在送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計不合理時易導(dǎo)致乘客產(chǎn)生吹風(fēng)感,影響車輛乘坐舒適性。

        基于此,針對A型地鐵車輛特點,以一種典型的A型地鐵車輛的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)為例,通過仿真和試驗的方法,對A型地鐵車輛客室氣流組織進(jìn)行了優(yōu)化研究。

        1 系統(tǒng)配置及基本參數(shù)介紹

        某A型地鐵每輛車頂端部分別布置兩臺客室空調(diào)機組,送風(fēng)道布置在頂板上部兩側(cè),回風(fēng)道布置在機組下方,每輛車的送風(fēng)量不少于10000m3/h,新風(fēng)量不少于3200m3/h。參照TB1951-1987《客車空調(diào)設(shè)計參數(shù)》設(shè)計送回風(fēng)道及送回風(fēng)口大小:(1)送風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速

        (5~8)m/s;(2)回風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速(3~5)m/s;(3)送、回風(fēng)口處風(fēng)速1~3m/s。車內(nèi)氣流組織見圖1。

        2 仿真計算

        利用計算流體力學(xué)(CFD)技術(shù),根據(jù)實際的車體形狀和送風(fēng)形式,建立1:1的物理模型對車內(nèi)氣流組織進(jìn)行CFD模擬計算,根據(jù)模擬結(jié)果對列車內(nèi)各典型斷面的風(fēng)速分布情況進(jìn)行分析,用以指導(dǎo)現(xiàn)場測試試驗,有助于對試驗結(jié)果的處理起到一定的指導(dǎo)作用,減少試驗的工作量[1]。

        2.1 仿真建模

        本空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)采用靜壓條縫式送風(fēng)形式,送風(fēng)道位于車內(nèi)頂板兩側(cè),回風(fēng)口位于空調(diào)機組下方。

        根據(jù)車輛整體布置及空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)形式,建立客室仿真模型,如圖2所示。

        2.2 邊界條件設(shè)定

        客室總風(fēng)量為10000m3/h,將總送風(fēng)量平均至客室各送風(fēng)口,得每個送風(fēng)口的送風(fēng)風(fēng)速,以此作為送風(fēng)的邊界條件;回風(fēng)量為6800m3/h。

        2.3 仿真計算

        根據(jù)TB/T1675-2001《鐵道客車空氣調(diào)節(jié)試驗方法》,在車內(nèi)選取3個斷面,分別為距車輛一位端端部1.69m、10.74m、19.52m,對應(yīng)斷面為1、2、3。斷面如圖3所示。

        將邊界條件代入仿真模型進(jìn)行計算,得到各斷面速度場分布如圖4~圖6所示。

        在風(fēng)道內(nèi)不同位置設(shè)置通過率分別為50%、35%的網(wǎng)孔板,調(diào)整整車送風(fēng)均勻性。調(diào)整后,總風(fēng)量滿足設(shè)計要求,各風(fēng)口的風(fēng)量基本平衡,滿足設(shè)計要求。

        3.2 氣流組織測試

        3.2.1 測點布置

        本試驗中風(fēng)速測量儀器主要由熱式風(fēng)速儀傳感器探頭、多通道氣流分析儀、計算機等組成,如圖8所示,該系統(tǒng)主要用于多點遠(yuǎn)程風(fēng)速的測量。

        測試斷面如圖3所示。

        在每個斷面上選取20個測點,分別對應(yīng)人體坐姿時的頭、肩、腰、膝、腳踝,人體站立時的頭、肩、腰、膝、腳踝。測點在斷面上的布置見圖9、10。

        3.2.2 試驗測試結(jié)果與分析

        送風(fēng)均勻性調(diào)整完成后,對車內(nèi)3個斷面的微風(fēng)速進(jìn)行測試,每個斷面20個測點的微風(fēng)速如圖11~圖13所示。

        由圖11~圖13可知,各斷面測點的送風(fēng)風(fēng)速比較均勻,滿足車內(nèi)平均微風(fēng)速不大于0.4m/s的要求。

        4 結(jié)束語

        通過仿真計算、模型車試驗對某A型地鐵車輛空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化研究,保證了整車送風(fēng)的均勻性,滿足客室氣流組織設(shè)計要求,為A型地鐵車輛空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

        參考文獻(xiàn)

        [1]翟建華.計算流體力學(xué)(CFD)的通用軟件[J].河北科技大學(xué)學(xué)報,2005,26(2):160-165.

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