客运列车车厢内的气流组织的数值模拟及优化分析研究

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铁路事业目前正处于高速发展的阶段,铁路客车是人们日常出行必选的交通工具之一,目前常见的列车出行问题包括车厢内温度场具有不平衡分布的特征,空气环境恶劣,长途旅行乘客时常发生身体不适等症状,一般情况下乘客的舒适程度很大程度依赖于空调的运行情况。由此可见,列车内的气流组织设计是一项非常重要的工作,迫切需要提升空调客车整体的环境质量以及空气品质。因此本论文针对以列车空调为核心的气流组织开展了全面的研究分析,通过物理模型搭建以及不同条件下的流体仿真分析,探讨了不同情况下车厢内的气流分布及对乘客舒适度的影响等,对于推动列车车厢内气流组织分析和更好地为乘客提供舒适环境具有重要价值。首先,基于具备良好紊流动态分析的Standard k-e模型,对列车车厢进行物理模型搭建。通过前处理器GAMBIT对车厢整体结构进行搭建,设置好边界条件和求解方法,以50mm为间隔对模型进行网格划分,实现后续更加精细的流体仿真分析。求解算法选择SIMPIEC算法,能够准确快速地得到收敛解,提高计算精度,实现更加准确的仿真结果。其次,提出一种大空间模拟简化方法,对边界条件进行设定,采取列车中部卧铺隔间进行流体仿真分析。针对送风口和回风口位置的不同,提出了四种隔间模型,分析了不同送风、回风口位置模型对列车车厢内气流分布的影响。得出结论:模型三中:在相同模型尺寸的条件下,隔间底部设为回风口,顶部设为送风口。该模型中增大送风面积结构与其他模型相比较,车厢内气流组织更为均匀,气流分布效果较好,能够在中轴线向两侧扩散,在上铺和下铺区域气流混合更为充分,流速更为均匀稳定,在中铺也能够有着良好的辐射。最后,探究了送风角度不同及车厢有无乘客进行仿真分析,研究不同送风角度下空气流动分布对人体舒适性的影响程度。得出结论:送风角度为0°时,气流分布主要在中轴线上,乘客区域受射流影响较小。送风角度为90°时,上铺空间的风速较大,上铺空间的受射流影响最大,且很难向中下铺扩散。综合考虑,送风角为45°时,乘客区域受射流影响适中,舒适度最佳。
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