铁路空调硬卧车内气流分布的数值模拟]
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环境绝大多数人的冷热感觉 , 是用来全面描述和评 价热环境的指标 ,该指标综合考虑了空气温度 、平均 辐射温度 、空气流速 、相对湿度 、人体活动程度及衣
服热阻六个因素 。对车厢里的个体乘客而言 ,衣着情 况和人体活动程度是相对固定的 , 由于车厢内空气 温度较低 (一般都低于 28 ℃) , 车厢内平均辐射温度
内的相对湿度对 PMV 的影响很小 。可见影响车厢 内人体热舒适性的两个主要因素是空气流速和温
度 ,因此求出车厢内的流场和温度场分布后 ,就可以 在此基础上用 PMV 指标分析车厢内人体热舒适
性 。PMV 的计算公式为[9 ]
PMV = [01 303exp ( - 0. 36 M) + 0. 028 ]{ M - W -
第 1 期 张登春 ,等 :铁路空调硬卧车内气流分布的数值模拟
133
一端配有单元式空调机组 ,通风方式为上部送风 ,即
在车厢顶部设有 11 个百叶送风口 (尺寸 300mm ×
480mm) ,送风口沿车厢长度方向均匀布置在每个
铺位隔挡的几何中心 ,采用均匀送风道以保证每个
速度场和温度场的相互影响 、强迫对流和自然对流 何参数为 : 净宽 2900mm ,净高 2700mm ,除去辅助
共存 、气固耦合等都成为车厢内气流数值计算的难 间车厢净长 18700mm 。车厢内共有 11 个间距为
点 。以往空调车内气流组织仅凭经验进行设计 ,然 1700mm 铺位隔 挡 , 每个 隔挡 的两 侧各有 尺 寸 为
21 2 控制方程
采用 稳 态 不 可 压 缩
N2S 雷诺时均 方程 , 用湍
流涡粘度模型处理雷诺应
力项 ,方程的封闭采用高 雷诺数 k - ε模型 ,并作如
下假设 : 1) 车厢内空气为
不 可 压 缩 且 符 合 Bo uss2
inesq 假设 ;2) 流动为稳态 湍流 ; 3) 忽略固体壁面间 的热辐射 ,车厢内空气为
对于各风口风量分配有较大的影响 ,不良的设计易 造成车厢内局部空气温度和空气质量的差异[1] 。目 前我国空调硬卧车内速度场和温度场分布不均匀 ,
2 模 型
上冷下热的现象较为突出 。车厢内部环境的热舒适 21 1 车厢物理模型及其简化
性受太阳辐射和乘客散热的影响 ,复杂的车内结构 、
以 25 K 型空调硬卧车厢为研究对象 ,其内部几
度 、压力和温度 ;β、q 分别为体积膨胀系数和热流密
度 ;μ、μt 为 分 别 为 层 流 粘 度 和 湍 流 粘 度 ,μt =
Cμρk2 /ε; G 为湍流脉动动能产生项 , G
=
μt
(
5 5
ui xj
+
5 5
uj xi
)
5 ui 5xj
;
方 程 中 各 经 验 常 数 的 取 值 为[6] :c1
5k 5 xi
)
+
G
-
ρε +βg μt
Pr
5T 5 xi
(4)
湍流脉动动能耗散率方程 (ε方程)
5 5 xi
(ρuεi )
=
5 5 xi
(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱμεi
55εxi )
+
( c1 G -
c2ρε)
+
c3βg
ε μt
k Pr
5T 5 xi
(5)
式中 ui 为速度分量 ; xi 为坐标 ;ρ、p 、T 分别为空气密
速较低 ,温度较高 ,有较大区域 PMV > 11 0 ,人体感觉偏暖 。
关键词 :硬卧车厢 ;气流分布 ;计算流体动力学 ;数值模拟
中图分类号 : T K124 ;U238 文献标识码 : A
作者应用计算流体动力学方法建立了铁路空调硬卧
1 引 言
车内 CFD 仿真模型 ,对车厢内流场 、温度场和热舒 适性评价指标进行了分析 。研究了车厢内三维空气
=
11 44 、c2 = 11 92 、c3 = 11 0 、cμ = 01 09 、σT = 01 9 、σk =
11 0 、σε = 11 3 。
靠近壁面粘性支层内 , 流动和换热计算采用壁
面函数法[6] ,靠近壁面不划分网格 ,把第一个与壁面
相邻的节点布置在旺盛湍流区域内 。
21 3 车厢内人体热舒适模型 PMV ( Predicted Mean Vote) 指标代表对同一
(9)
式中 : u 为车厢内空气流速 , m/ s (如果 < 01 05m/ s ,
计算时取 u = 01 05m/ s) ; Icl 为衣服热阻 。
3 数值方法及实验测量
31 1 数值方法 在笛卡尔直角坐标系下划分均匀计算网格 , 分
别以列车长 、宽 、高作为坐标的 x 、y 、z 方向 , 以车门 底边与车厢侧面的交点作为坐标原点 。为了消除网 格数对计算结果的影响 , 本文对车厢内的网格划分 进行了多次试验 ,发现当网格数为 94 ×29 ×27 = 73602 时 ,增加网格数对计算结果影响甚微 , 因此取 73602 作为计算网格数 。将控制方程化为通用控制 方程 ,然后对通用方程中各变量进行无因次化 ,采用 控制容积法和交错网格对通用控制方程进行离散 , 采用幂函数差分格式 ,应用 SIM PL E 算法[6] 求解离 散控制方程 。
送风口的出风量基本相等 。回风口则设在车厢两端
的顶部 ,通过走廊集中回风 ,经车门 (尺寸 880mm ×
2070mm) , 由 车 顶 的 百 叶 风 口 ( 尺 寸 600mm ×
480mm) 将回风送至空调机组 。由于车厢内部的布
置及送回风方式前后对称 ,因此取车厢的一半作为
计算对象 ,如图 1 所示 。
可认为等于车内空气平均温度[7] , 而相对湿度主要
取决于车厢内人体的蒸发散热量 , 当人体皮肤比较 干燥时 ,蒸发散热率仅受汗液分泌率的限制 ,此时热 舒适性取决于于环境温度 、气流速度和平均辐射温
度 ,只有在温度较高 , 人体皮肤潮湿的情况下 , 人体
蒸发散热量才取决于空气的相对湿度[8] , 因此车厢
3 基金项目 :湖南省教育厅基金 (03C495) 来稿日期 :2004204230 修回日期 :2005206202 第一作者简介 :张登春 ,男 ,1972 年生 ,上海大学应用数学和力学研究所博士生 ,湖南科技大学能源与安全工程学院讲师 ;研究方向 :计 算流体力学 E2mail :dczhang2000 @126. co m
PMV 的计算分为两步 :首先求解人体外表面平 均温度 Tcl , 然后求解 PMV 。Tcl 是计算 PMV 的关 键 , 式 (7) 、式 (8) 构成了求解 Tcl 的一元非线性方 程 。Tcl 的求解依赖于 hc ,而 hc 的求解又依赖于 T cl , 其间形成了一个隐式方程组 , 采用牛顿迭代法求解 Tcl 。求出 Tcl 后 , 把已知的常数代入式 (6) 即可求 出 PMV 。 31 2 边界条件的处理 1) 入口边界 :以百叶出风口作为计算区域的入口 边界 ,根据试验结果确定的空调送风参数作为计算 边界条件 。 2) 出口边界 : 以车厢端门为计算区域的出口边 界 ,按自由浮动边界处理 。 3) 壁面边界 : 车顶 、车地板及两侧壁面取定热流 边界条件 ,车体综合传热系数 K = 11 16W/ m2 ·℃, 车外温度取 Tw = 36 ℃; 车厢端部不直接同车外进 行热交换 ,视为绝热边界 。 4) 热源边界 : 人体散热取定热流边界条件 , 车厢 内乘客按 66 人计算 ,乘客的散热量按 1161 3W/ 人计 算 ,将这些热量作为能量方程的附加源项 ,均匀分布 在铺位上方控制容积的网格节点上 。通过车厢一侧 玻璃窗的太阳辐射热 ,采用 Mo nte Carlo 法对太阳
基础上分析了车厢内人体热舒适性 ,结果表明车厢中部和端部铺位 PMV 分布不同 ,端部人体热舒
适感较好 ,中部较差 ;而且同一计算断面不同铺位的人体热舒适感差异较大 :上铺有较大区域 PMV
< - 11 0 ,人体感觉较凉 ;中铺大部分区域 - 01 5 < PMV < 01 5 ,人体热舒适感较好 ;下铺由于空气流
Tcl = 35. 7 - 0 . 028 ( M - W ) - Icl { 3. 96 ×10 - 8 f cl ×
[ ( Tcl + 273) 4 - ( T r + 273) 4 ] + f cl hc ( Tcl - T) }
(7)
134
应用力学学报
第 23 卷
2 . 38 ( Tcl - T) 0. 25 , 2. 38 ( Tcl - T) 0. 25
第 23 卷 第 1 期 2006 年 3 月
应用力学学报 CHINESE JOURNAL OF APPL IED MECHANICS
文章编号 :100024939 (2006) 0120132205
Vol . 23 No . 1 Mar. 2006
铁路空调硬卧车内气流分布的数值模拟 3
张登春1 ,2 邹声华1 翁培奋2
辐射能在车厢内各内表面的分配比例进行计算 ,作 为能量方程的热生成源项[10 ] 。 5) 车厢中 部假想 对称 面取 对称 条件 ,5 u/ 5 x = 5 T/ 5 x = 5 k/ 5 x = 5ε/ 5 x = 0 。 6) 对车内气 、固耦合问题 ,铺位 、隔挡和行李架等 固体区域的粘性系数设为无穷大 , 气固交界面空气 流动取无滑移条件 ,即 ui = 0 ;固体壁面温度按绝热 条件进行计算[11 ] 。 31 3 车厢内温度和风速的测量
图 1 25 K 型空调硬卧车厢 计算模型图
辐射透明介质 ;4) 不考虑漏风的影响 ,认为车厢内气
密性良好 。根据以上假设 ,车厢内空气三维湍流流
动与传热控制方程可表示为[ 5 ]
连续性方程
5 ui 5 xi
= 0 , i
= 1 ,2 ,3
(1)
动量方程
5 5 xi
(ρu i
u
j
)
=-
5 5 xi
铁路空调列车是我国目前正在开发研究的重大 流场 、温度场分布规律 ,并与实验结果进行了对照 ,
科研项目 ,车厢内部环境的热舒适性是列车设计和 两者吻合较好 ,在此基础上利用 PMV 指标分析了
制造的一个重要指标 。由于列车车厢空间较大 ,空 车厢内人体热舒适性 。研究结果对空调车内气流组
调送风口比较分散 ,通风管道尺寸 、风口位置和尺寸 织设计有指导意义 。
3. 05 ×10- 3 [ 5733 - 6. 99 ( M - W ) - Pa ] - 01 42[ ( M
- W ) - 58. 15 ] - 11 7 × 10- 5 M (5867 - Pa) 01 0014 M (34 - T) - 31 96 ×10- 8 f cl ·[ ( Tcl + 273) 4
后用实验改进的方法来调整送风口位置及尺寸 ,既 600mm ×1950mm 的上 、中 、下三层共 6 个铺位 ,三
费时又耗费大量的实验费用 ,因此用数值方法研究 层铺位离车地板的高度分别为 315mm 、1270mm 、
车厢内的气流分布已经受到不少学者的关注[2 - 4] 。 2010mm ,走廊上部设有行李架 (宽 480mm) 。车厢
- ( T r + 273) 4 ] - f cl hc ( Tcl - T) }
(6)
式中 M 为人体能量代谢率 , W/ m2 ; W 为人体所作的
机械功 , W/ m2 ; Pa 为人体周围空气的水蒸气分压 力 , Pa ; T 为车厢内空气温度 , ℃; f cl 为穿衣人体与 裸体表面积之比 ; Tr 为车厢内平均辐射温度 , ℃; Tcl 为穿衣人体外表面平均温度 , ℃; hc 为对流热交换系 数 , W/ m2 ·℃。Tcl 、f cl 和 hc 的计算公式为[9 ]
(湖南科技大学 湘潭 411201) 1 (上海大学 上海 200072) 2
摘要 :建立了铁路空调硬卧车内 CFD 仿真模型 ,对车厢内流场 、温度场和热舒适性评价指标进行了 分析 。采用稳态不可压缩雷诺时均 N2S 方程 、k - ε湍流模型 ,应用控制容积法和交错网格进行离
散 。计算了空调硬卧车内三维空气流场和温度场 ,并与实验结果进行了对照 ,两者吻合较好 。在此
hc = ≥12. 1 u0. 5 ;
(8)
12. 1 u0. 5 , 2 . 38 ( Tcl - T) 0. 25 < 12. 1 u0. 5
1. 00 + 0. 290 Icl , Icl ≤0. 078 ;
f cl = 1. 05 + 0. 645 Icl , Icl > 0 . 078
(
p
+
23ρk )
+
5 5 xi
[
(μ +μt )
(
5 5
ui xj
+
5 5
uj xi
)
+β( T0
-
T)ρg ]
(2)
能量方程
5 5 xi
(ρu i
T
)
=
5 5x
i
[
(
μ
Pr
+σμTt )
5 5
T xi
]
+
q Cp
(3)
湍流脉动动能方程 ( k 方程)
5 5 xi
(ρu i
k)
=
5 5 xi
(σμkt
服热阻六个因素 。对车厢里的个体乘客而言 ,衣着情 况和人体活动程度是相对固定的 , 由于车厢内空气 温度较低 (一般都低于 28 ℃) , 车厢内平均辐射温度
内的相对湿度对 PMV 的影响很小 。可见影响车厢 内人体热舒适性的两个主要因素是空气流速和温
度 ,因此求出车厢内的流场和温度场分布后 ,就可以 在此基础上用 PMV 指标分析车厢内人体热舒适
性 。PMV 的计算公式为[9 ]
PMV = [01 303exp ( - 0. 36 M) + 0. 028 ]{ M - W -
第 1 期 张登春 ,等 :铁路空调硬卧车内气流分布的数值模拟
133
一端配有单元式空调机组 ,通风方式为上部送风 ,即
在车厢顶部设有 11 个百叶送风口 (尺寸 300mm ×
480mm) ,送风口沿车厢长度方向均匀布置在每个
铺位隔挡的几何中心 ,采用均匀送风道以保证每个
速度场和温度场的相互影响 、强迫对流和自然对流 何参数为 : 净宽 2900mm ,净高 2700mm ,除去辅助
共存 、气固耦合等都成为车厢内气流数值计算的难 间车厢净长 18700mm 。车厢内共有 11 个间距为
点 。以往空调车内气流组织仅凭经验进行设计 ,然 1700mm 铺位隔 挡 , 每个 隔挡 的两 侧各有 尺 寸 为
21 2 控制方程
采用 稳 态 不 可 压 缩
N2S 雷诺时均 方程 , 用湍
流涡粘度模型处理雷诺应
力项 ,方程的封闭采用高 雷诺数 k - ε模型 ,并作如
下假设 : 1) 车厢内空气为
不 可 压 缩 且 符 合 Bo uss2
inesq 假设 ;2) 流动为稳态 湍流 ; 3) 忽略固体壁面间 的热辐射 ,车厢内空气为
对于各风口风量分配有较大的影响 ,不良的设计易 造成车厢内局部空气温度和空气质量的差异[1] 。目 前我国空调硬卧车内速度场和温度场分布不均匀 ,
2 模 型
上冷下热的现象较为突出 。车厢内部环境的热舒适 21 1 车厢物理模型及其简化
性受太阳辐射和乘客散热的影响 ,复杂的车内结构 、
以 25 K 型空调硬卧车厢为研究对象 ,其内部几
度 、压力和温度 ;β、q 分别为体积膨胀系数和热流密
度 ;μ、μt 为 分 别 为 层 流 粘 度 和 湍 流 粘 度 ,μt =
Cμρk2 /ε; G 为湍流脉动动能产生项 , G
=
μt
(
5 5
ui xj
+
5 5
uj xi
)
5 ui 5xj
;
方 程 中 各 经 验 常 数 的 取 值 为[6] :c1
5k 5 xi
)
+
G
-
ρε +βg μt
Pr
5T 5 xi
(4)
湍流脉动动能耗散率方程 (ε方程)
5 5 xi
(ρuεi )
=
5 5 xi
(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱμεi
55εxi )
+
( c1 G -
c2ρε)
+
c3βg
ε μt
k Pr
5T 5 xi
(5)
式中 ui 为速度分量 ; xi 为坐标 ;ρ、p 、T 分别为空气密
速较低 ,温度较高 ,有较大区域 PMV > 11 0 ,人体感觉偏暖 。
关键词 :硬卧车厢 ;气流分布 ;计算流体动力学 ;数值模拟
中图分类号 : T K124 ;U238 文献标识码 : A
作者应用计算流体动力学方法建立了铁路空调硬卧
1 引 言
车内 CFD 仿真模型 ,对车厢内流场 、温度场和热舒 适性评价指标进行了分析 。研究了车厢内三维空气
=
11 44 、c2 = 11 92 、c3 = 11 0 、cμ = 01 09 、σT = 01 9 、σk =
11 0 、σε = 11 3 。
靠近壁面粘性支层内 , 流动和换热计算采用壁
面函数法[6] ,靠近壁面不划分网格 ,把第一个与壁面
相邻的节点布置在旺盛湍流区域内 。
21 3 车厢内人体热舒适模型 PMV ( Predicted Mean Vote) 指标代表对同一
(9)
式中 : u 为车厢内空气流速 , m/ s (如果 < 01 05m/ s ,
计算时取 u = 01 05m/ s) ; Icl 为衣服热阻 。
3 数值方法及实验测量
31 1 数值方法 在笛卡尔直角坐标系下划分均匀计算网格 , 分
别以列车长 、宽 、高作为坐标的 x 、y 、z 方向 , 以车门 底边与车厢侧面的交点作为坐标原点 。为了消除网 格数对计算结果的影响 , 本文对车厢内的网格划分 进行了多次试验 ,发现当网格数为 94 ×29 ×27 = 73602 时 ,增加网格数对计算结果影响甚微 , 因此取 73602 作为计算网格数 。将控制方程化为通用控制 方程 ,然后对通用方程中各变量进行无因次化 ,采用 控制容积法和交错网格对通用控制方程进行离散 , 采用幂函数差分格式 ,应用 SIM PL E 算法[6] 求解离 散控制方程 。
送风口的出风量基本相等 。回风口则设在车厢两端
的顶部 ,通过走廊集中回风 ,经车门 (尺寸 880mm ×
2070mm) , 由 车 顶 的 百 叶 风 口 ( 尺 寸 600mm ×
480mm) 将回风送至空调机组 。由于车厢内部的布
置及送回风方式前后对称 ,因此取车厢的一半作为
计算对象 ,如图 1 所示 。
可认为等于车内空气平均温度[7] , 而相对湿度主要
取决于车厢内人体的蒸发散热量 , 当人体皮肤比较 干燥时 ,蒸发散热率仅受汗液分泌率的限制 ,此时热 舒适性取决于于环境温度 、气流速度和平均辐射温
度 ,只有在温度较高 , 人体皮肤潮湿的情况下 , 人体
蒸发散热量才取决于空气的相对湿度[8] , 因此车厢
3 基金项目 :湖南省教育厅基金 (03C495) 来稿日期 :2004204230 修回日期 :2005206202 第一作者简介 :张登春 ,男 ,1972 年生 ,上海大学应用数学和力学研究所博士生 ,湖南科技大学能源与安全工程学院讲师 ;研究方向 :计 算流体力学 E2mail :dczhang2000 @126. co m
PMV 的计算分为两步 :首先求解人体外表面平 均温度 Tcl , 然后求解 PMV 。Tcl 是计算 PMV 的关 键 , 式 (7) 、式 (8) 构成了求解 Tcl 的一元非线性方 程 。Tcl 的求解依赖于 hc ,而 hc 的求解又依赖于 T cl , 其间形成了一个隐式方程组 , 采用牛顿迭代法求解 Tcl 。求出 Tcl 后 , 把已知的常数代入式 (6) 即可求 出 PMV 。 31 2 边界条件的处理 1) 入口边界 :以百叶出风口作为计算区域的入口 边界 ,根据试验结果确定的空调送风参数作为计算 边界条件 。 2) 出口边界 : 以车厢端门为计算区域的出口边 界 ,按自由浮动边界处理 。 3) 壁面边界 : 车顶 、车地板及两侧壁面取定热流 边界条件 ,车体综合传热系数 K = 11 16W/ m2 ·℃, 车外温度取 Tw = 36 ℃; 车厢端部不直接同车外进 行热交换 ,视为绝热边界 。 4) 热源边界 : 人体散热取定热流边界条件 , 车厢 内乘客按 66 人计算 ,乘客的散热量按 1161 3W/ 人计 算 ,将这些热量作为能量方程的附加源项 ,均匀分布 在铺位上方控制容积的网格节点上 。通过车厢一侧 玻璃窗的太阳辐射热 ,采用 Mo nte Carlo 法对太阳
基础上分析了车厢内人体热舒适性 ,结果表明车厢中部和端部铺位 PMV 分布不同 ,端部人体热舒
适感较好 ,中部较差 ;而且同一计算断面不同铺位的人体热舒适感差异较大 :上铺有较大区域 PMV
< - 11 0 ,人体感觉较凉 ;中铺大部分区域 - 01 5 < PMV < 01 5 ,人体热舒适感较好 ;下铺由于空气流
Tcl = 35. 7 - 0 . 028 ( M - W ) - Icl { 3. 96 ×10 - 8 f cl ×
[ ( Tcl + 273) 4 - ( T r + 273) 4 ] + f cl hc ( Tcl - T) }
(7)
134
应用力学学报
第 23 卷
2 . 38 ( Tcl - T) 0. 25 , 2. 38 ( Tcl - T) 0. 25
第 23 卷 第 1 期 2006 年 3 月
应用力学学报 CHINESE JOURNAL OF APPL IED MECHANICS
文章编号 :100024939 (2006) 0120132205
Vol . 23 No . 1 Mar. 2006
铁路空调硬卧车内气流分布的数值模拟 3
张登春1 ,2 邹声华1 翁培奋2
辐射能在车厢内各内表面的分配比例进行计算 ,作 为能量方程的热生成源项[10 ] 。 5) 车厢中 部假想 对称 面取 对称 条件 ,5 u/ 5 x = 5 T/ 5 x = 5 k/ 5 x = 5ε/ 5 x = 0 。 6) 对车内气 、固耦合问题 ,铺位 、隔挡和行李架等 固体区域的粘性系数设为无穷大 , 气固交界面空气 流动取无滑移条件 ,即 ui = 0 ;固体壁面温度按绝热 条件进行计算[11 ] 。 31 3 车厢内温度和风速的测量
图 1 25 K 型空调硬卧车厢 计算模型图
辐射透明介质 ;4) 不考虑漏风的影响 ,认为车厢内气
密性良好 。根据以上假设 ,车厢内空气三维湍流流
动与传热控制方程可表示为[ 5 ]
连续性方程
5 ui 5 xi
= 0 , i
= 1 ,2 ,3
(1)
动量方程
5 5 xi
(ρu i
u
j
)
=-
5 5 xi
铁路空调列车是我国目前正在开发研究的重大 流场 、温度场分布规律 ,并与实验结果进行了对照 ,
科研项目 ,车厢内部环境的热舒适性是列车设计和 两者吻合较好 ,在此基础上利用 PMV 指标分析了
制造的一个重要指标 。由于列车车厢空间较大 ,空 车厢内人体热舒适性 。研究结果对空调车内气流组
调送风口比较分散 ,通风管道尺寸 、风口位置和尺寸 织设计有指导意义 。
3. 05 ×10- 3 [ 5733 - 6. 99 ( M - W ) - Pa ] - 01 42[ ( M
- W ) - 58. 15 ] - 11 7 × 10- 5 M (5867 - Pa) 01 0014 M (34 - T) - 31 96 ×10- 8 f cl ·[ ( Tcl + 273) 4
后用实验改进的方法来调整送风口位置及尺寸 ,既 600mm ×1950mm 的上 、中 、下三层共 6 个铺位 ,三
费时又耗费大量的实验费用 ,因此用数值方法研究 层铺位离车地板的高度分别为 315mm 、1270mm 、
车厢内的气流分布已经受到不少学者的关注[2 - 4] 。 2010mm ,走廊上部设有行李架 (宽 480mm) 。车厢
- ( T r + 273) 4 ] - f cl hc ( Tcl - T) }
(6)
式中 M 为人体能量代谢率 , W/ m2 ; W 为人体所作的
机械功 , W/ m2 ; Pa 为人体周围空气的水蒸气分压 力 , Pa ; T 为车厢内空气温度 , ℃; f cl 为穿衣人体与 裸体表面积之比 ; Tr 为车厢内平均辐射温度 , ℃; Tcl 为穿衣人体外表面平均温度 , ℃; hc 为对流热交换系 数 , W/ m2 ·℃。Tcl 、f cl 和 hc 的计算公式为[9 ]
(湖南科技大学 湘潭 411201) 1 (上海大学 上海 200072) 2
摘要 :建立了铁路空调硬卧车内 CFD 仿真模型 ,对车厢内流场 、温度场和热舒适性评价指标进行了 分析 。采用稳态不可压缩雷诺时均 N2S 方程 、k - ε湍流模型 ,应用控制容积法和交错网格进行离
散 。计算了空调硬卧车内三维空气流场和温度场 ,并与实验结果进行了对照 ,两者吻合较好 。在此
hc = ≥12. 1 u0. 5 ;
(8)
12. 1 u0. 5 , 2 . 38 ( Tcl - T) 0. 25 < 12. 1 u0. 5
1. 00 + 0. 290 Icl , Icl ≤0. 078 ;
f cl = 1. 05 + 0. 645 Icl , Icl > 0 . 078
(
p
+
23ρk )
+
5 5 xi
[
(μ +μt )
(
5 5
ui xj
+
5 5
uj xi
)
+β( T0
-
T)ρg ]
(2)
能量方程
5 5 xi
(ρu i
T
)
=
5 5x
i
[
(
μ
Pr
+σμTt )
5 5
T xi
]
+
q Cp
(3)
湍流脉动动能方程 ( k 方程)
5 5 xi
(ρu i
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=
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