铁路空调客车内三维湍流流动及温度场的实验研究
同-列车空调卧铺包厢不同送风方式热舒适模拟研究_朱春
第30卷第4期铁道学报V ol.30N o.4 2008年8月JOU R NA L OF T H E CH IN A RA ILW A Y SO CI ET Y Aug ust2008文章编号:1001-8360(2008)04-0098-05列车空调卧铺包厢不同送风方式热舒适模拟研究朱春1,张旭1,胡松涛2(1.同济大学机械工程学院,上海200092; 2.青岛理工大学环境与市政工程学院,山东青岛266033)摘要:采用k-E湍流模型,对不同尺寸的散流器风口、条缝风口送风方式下全封闭和不封闭4人卧铺包厢的三维空气流场和温度场进行了数值计算,利用PM V(Pr edicted M ean V ote)和空气龄(age o f air)指标分析优化各通风方式下车厢内上、下铺位人体的热舒适性,讨论不同工况下各送风方式的空调效果。
根据数值模拟结果,包厢封闭时,按照厢内人体区的气流组织效果,条缝风口送风优于散流器送风方式;包厢不封闭时,各种送风方式均引起冷热不均现象,条缝风口送风引起上、下铺人体头部、手臂外侧区温度偏低,散流器送风人体内侧区温度偏高。
关键词:卧铺包厢;送风方式;热舒适;数值模拟中图分类号:U270.383文献标志码:AStudy on Air Supply Modes in Sleeping-berthCompartments of Railway CarsZH U Chun1,ZH ANG Xu1,H U Song-tao2(1.College of M echan ical E ngineering,T ong ji U nivers ity,Shanghai200092,China;2.Institute of E nvironmen t&M u nicipal Engineering,Qingdao T echnological University,Qingdao266033,Ch ina)Abstract:Based on the k-E turbulence model,three dim ensio n airflow fields and temper ature fields in enclosed and open4-men sleeping-berth co mpartm ents o f r ailw ay cars ar e calculated num erically in the case of air supp-l y ing w ith different sizes of air diffusers and slo tted outlets.The therm al co mfo rt of hum an bodies in the upper and low er berths under different air supply modes ar e analy zed by PMV and Ag e of Air indices and air cond-i tioning effects of different air supply m odes in enclosed and open compartments ar e discussed accor dingly.Ac-cording to the CFD results,in an enclo sed sleeping-ber th compar tm ent,the slotted outlet air supply mode is better than the air diffuser mo de;in an open sleeping-berth compartment,both the air supply modes result in thermal imbalance phenomena,i.e.,the slo tted outlet air supply mode leads to a low er tem perature on the out-er side o f both upper and low er berths,and the air diffuser mode leads to a hig her temperature o n the inner side of both the upper and low er berths.Key words:sleeping-berth compartment;air supply mo de;thermal com for t;CFD空调列车的气流组织是车厢内环境控制的基础,合理的气流组织不仅可有效地改善乘客的热舒适性,也能有效改善车内的空气品质[1]。
客车空调车室气流组织数值模拟分析
制冷 与空调
Ｒｅ ｉ ｅ ａｉ ｎ ａ ｄＡｉ ｎ ｉ ｏ ｉ ｇ ｒ ｆ ｇ ｒ ｔ ｎ ｒ ｏ Ｃｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｉ
Ｖ １ ２Ｎｏ ５ ０ ２ ＿ ． ．
Ｏ 引言
随着我国客车空调应用的迅速 发展， 人们认识 到空调客车车室气流组织是影响乘客热舒适 性的 主要 因素， 气流组织的研究 内容包括温度场 、 速度
场 、浓 度场 和 相对湿 度 等 ，车 室物 理 结构 及外 界环
进行车室 内部空气流动与传热 的数值模拟， 所得的 结果对实际工作有一定的指导作用 。
Ｊｎ Ｓ ｉ ｎ ｉ ｈ ｗｅ
Ｍ ａＣｈ ｎ ｙ ｎ ｏ ｇａｇ
Ｙｕ ｎ Ｘｉ ｌ ｇ ａ ｕｉ ｎ
（ｃｏ ｌ ｆ ｎ ｒｙａ ｄ ｏ ｒ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｘｉ ｎＪ ｏｏ ｇＵ ｉｅｓｙ Ｘｉ ｎ ７ ０４ ，ｈ ａ Ｓｈ ｏ ｏ Ｅ ｅｇ ｗｅ ｇｎ ｅｉ ， ’ ａｔｎ ｎｖｒｉ ， ’ ， １０ ９Ｃ ｉ ） ｎ Ｐ Ｅ ｎ ａ ｉ ｔ ｉ ｆ ｎ
ｔ ｅ ｒｔ ａ ｉ ｆｒｉ ｐ ｏ ｉｇ ｔｅｔｅｍａ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔａ ｄｔｅｇ ｉａ ｃ ｏ ｐ ｍｉａｉｎ ｏ ｉｆ ｗ ｉｔｉｕｉｎ ｄ ｓ ｎ ｉ ｕ ・ｉ ｈ ｏｅｉ ｂ ｓｏ ｒ ｖ ｒ ｌ ｅ ｖｒｎ ｎ ｎ ｕｄ ｎ ｅｆｒｏ ｔ ｚ ｔｏ ｆａｒ ｏ ｄ ｓ ｂ ｔ ｅｉ ｂ ｓａｒ ｃ ｓ ｍ ｎ ｈ ｈ ｈ ｉ ｌ ｒ ｏ ｇ ｎ
计算流体动力学软件 Ｆｕ ｎ 对气流 组织进 行数值模拟 ，应用 Ｒ ． ｌｅ ｔ ＮＧ ｋ ￡两方 程紊 流模 型和 Ｓ Ｍ Ｌ ＩＰＥ 算法求解控制方 程，得到 了考 虑车内热负荷和太 阳辐射时的车 内空气温度和速度分布模拟 结果，
铁路空调客车内流场、温度场的数值模拟和实验研究
铁路空调客车内流场、温度场的数值模拟和实验研究随着人们生活水平的提高，铁路旅行成为一种受欢迎的出行方式。
然而，铁路车厢中的温度、气流等因素会影响旅客的舒适度，因此需要对其进行数值模拟研究和实验测试。
本文将介绍铁路空调客车内流场、温度场的数值模拟和实验研究。
一、数值模拟通过数值模拟，可以模拟车内气流运动、温度分布等情况，以便更好地分析和优化车内空气流动和温度分布的情况。
针对此问题，我们采用了ANSYS Fluent软件进行模拟。
首先，我们建立了铁路客车内的三维模型。
铁路客车内部空间有限，因此需要考虑座位、门窗等构件的具体位置和大小，以获取更加真实可靠的模拟结果。
其次，我们设置了空气流动的边界条件，即分别设置了进气口、出气口和车窗等位置的边界条件，模拟了不同的进出风口方式和风道管道结构，用不同的边界条件进行不断地模拟和推导，最终得出了较为准确的结果。
通过数值模拟结果，我们发现，进出风口的大小和位置对车内的空气运动、温度分布有着非常重要的影响。
在进出风口的不同布置位置下，车内的气流运动、温度变化有着不同的表现。
因此，在实际使用中需要对车厢内部空气流动、温度进行综合考虑，科学布置进出风口的位置和大小，以保证旅客的舒适度。
二、实验研究除数值模拟外，我们还开展了实验研究。
通过实际测试，我们可以更加真实地感受到车内的空气流动、温度变化情况，并能够根据实验结果优化车厢空调系统设计。
我们在实验中使用了风速仪、温度计等工具，针对车厢内流场、温度场进行了实时监测。
我们模拟了多种不同的进出风口布局方式和风道管道结构，测试了其对空气流动和温度分布的影响。
实验结果表明，进出风口的大小和位置、进出风口的朝向等因素对车厢内空气流动、温度分布都有着重要的影响。
如进出风口离座位过近或风流速过大都会影响旅客的舒适度。
因此，在车厢空调设计时需要充分考虑进出风口的尺寸、方向和布局等因素，以确保旅客的舒适度。
总结而言，铁路空调客车内流场、温度场的数值模拟和实验研究可以有效地分析车厢内空气流动、温度变化等情况，为优化车厢空调系统设计提供了科学依据。
上海交大-空调客车室内三维紊流流动与传热数值研究_吴俊云
第33卷第3期 1999年3月上海交通大学学报JO U RN A L O F SHA N GHA I JIA O T O NG U N IV ERSIT YVol.33No.3 M ar.1999 收稿日期:1998-05-28基金项目:高校博士点科研基金(9424815)和上海市汽车工业集团总公司资助(1179A)作者简介:吴俊云(1969～),男,博士生. 文章编号:1006-2467(1999)03-0331-04空调客车室内三维紊流流动与传热数值研究吴俊云, 童 灵, 陈芝久(上海交通大学动力与能源工程学院,上海200030)摘 要:空调车室内空气的速度场、温度场研究是空调车室内气流组织设计及车室内舒适环境评价与研究的基础.空调客车运行环境恶劣,太阳辐射作用及复杂的车室内部结构等直接影响客车室内的温度场与空气速度场分布.采用J -E 紊流模型及贴体坐标,应用整体求解法计算了空调车室内气固耦合传热问题,采用M onte Car lo 法分析计算了太阳透射辐射在车室内各固体表面引起的附加热流变化,并以此作为能量方程的附加源项,对空调客车室内三维空气流场与温度场分布进行了数值模拟研究,为空调客车室内舒适环境的优化研究提供了依据.关键词:空调客车;辐射热传递;紊流流动;三维流场;温度场中图分类号:TK 124 文献标识码:ANumerical Research on 3-D Turbulence Flow &Heat Transfer inAir Conditioning Bus Passenger CompartmentW U J un -yun , T ON G L ing , CH EN Zhi -j iuSchoo l o f Pow er and Energ y Engr g.,Shanghai Jiao to ng U niv.,Shang hai 200030,ChinaAbstract :By bodyfitted co ordinate and J -E turbulence m odel ,the indoor air /solids fluid flo w and heat transfer co njugated problems w ere reso lved by the w hole m ethod .T he effect of solar radiation w as taken into account by means o f the M onte Car lo metho d and this auxiliary heat flow on the faces of the indo or so lids is the source term of the energy equation.The 3-D distr ibutio ns of the airflow and tem perature fields in the chamber w er e numerically calculated.It gave a basis for the co mfortable env ir onm ent in the air con-ditioning com partm ent.Key words :air co nditioning bus;r adiative heat tranfer;turbulence flow ;3-D airflow field;tem perature field 符号说明:u -车室内空气速度,m ・s -1J -紊流脉动动能,m 2・s -2E -紊流脉动动能耗散率T -空气温度,K L -动力粘性,Pa ・s L t -涡粘,Pa ・sQ -空气密度,kg ・m -3q -热流密度,W ・m -2c p -定压比热容,kJ ・kg -1・K -1p -空气压力,Pa Pr -层流普朗特数空调车室内空气的速度场、温度场研究是空调车室内气流组织设计及空调车室内舒适环境评价与研究的基础.国外一些著名的汽车公司,如:Chrysler 、GM 、Ford 、NISSAN 等[1～3]正积极开展这方面的研究工作(这些研究主要针对小轿车).空调客车运行环境恶劣,空调车室内热舒适环境受太阳辐射的影响较大,当太阳辐射作用于客车窗玻璃时,一部分被窗玻璃反射,一部分则直接透射进入空调车室内,这不仅使空调负荷增加,而且引起空调车室内空气的流场温度场的波动变化.本文采用J -E 紊流模型及贴体坐标,应用整体求解法计算了空调车室内部气固耦合传热问题,并考虑了太阳辐射对温度场及强迫对流对空气流场的影响,对空调客车室内三维空气流场与温度场分布进行了数值模拟研究.1 空调客车物理模型的简化空调客车车室内部结构复杂,空间有限,车窗面积较大,易受阳光直射而影响客车室内的温度场分布;客车室内乘客所占空间较大,加之座椅和其他机械装置的凹凸不平等因素,直接影响车室内空气的速度场分布.本文以SH 6700型客车为计算对象.空调客车室内物理结构复杂,SH 6700中型空调客车几何参数为:车室内长6.99m,车室内宽1.995m,车内净高1.90m ;窗玻璃为普通平板玻璃,其厚度为5mm ;有8排共22个座椅,其布置如图1所示.座椅成100°夹角,前挡风玻璃与竖直面成15°夹角;风道位于车顶左右两侧,且每个送风道各开8个正对座椅向下送风的送风口,回风口位于车顶后部.图1 SH6700轻型空调客车简图F ig.1 Diag ram o f SH6700air co ndit ioning bus2 数学模型本文采用J -E 三维紊流模型方程.为了简化问题,作如下假设:¹空调车室内空气为不可压缩且符合Boussinesq 假设;º流动为稳态紊流;»忽略固体壁面间的热辐射;¼车室内空气为辐射透明介质;½不考虑漏风影响,认为空调客车室内气密性良好.则空调客车室内空气流动与传热数学模型可描述如下:连续性方程5u i /5x i =0 (i =1,2,3)(1) 运动方程55x i (Q u i u j )=55x i (L +L t )5u j 5x i +55x i (L +L t )5u i 5x j -55x i p +23Q J (2) 紊流脉动动能方程55x i (Q u i J )=55x i L t R J 5J5x i+G -Q E (3) 紊流脉动动能耗散率方程55x i (Q u i E )=55x i L t R E 5E 5x i +(c 1G -c 2Q E )E J(4) 紊流流动能量方程55x i (Q u i T )=55x i L P r +L t R t 5T 5x i +qc p(5)式中:紊流脉动动能产生项G =L t 5u i 5x j +5u j 5x i 5u i 5x j , L t =c L Q J 2E 经验系数c L 、c 1、c 2、R J 、R E 、R t 的取值见文献[4].对于太阳透射辐射影响,采用Mo nte Car lo法[5]对太阳透射辐射能在车室内各内表面的分配比例进行分析计算.由于空调车室内太阳透射辐射传递是随机过程,符合概率统计学规律.M onte Car lo 法是基于概率论统计学原理的模拟积分近似数值计算方法,该方法应用于辐射传递的计算不仅可以避免复杂的数学运算,而且非常适用于计算非理想、非均匀、结构繁杂的空间辐射表面之间的辐射传递.模拟空调客车室内太阳透射辐射传递过程时,认为车室内空气是辐射的透明介质,且不考虑车室内各表面的发射热辐射,各表面的温度恒定且吸收率保持不变,物性均匀,除玻璃窗外车室其余各表面均视为漫射灰表面.这样,某一时刻空调车室内某个表面上分配的太阳透射辐射能量,即为每块玻璃源面的单位太阳透射辐射能量在该面上分配的比例与相应的辐射源面总透射辐射量相乘后的叠加值.这样就可得出太阳透射辐射在空调车室内各表面引起的附加热流变化,以此作为能量方程的附加源项.空调客车车室边界条件为:进口u i =u i ,in ,T =T in ;出口p =p ou t ;对于车室内气固耦合问题采用整体求解,固体区域粘性系数取大值,气固交界面空气流动符合无滑移条件:即u I =0.车体外壁面T =T w (T w 为车体外表面的日照综合温度),由于车厢体结构为较复杂的多层结构,其间夹含起承载作用的钢制骨架,导致其导热特性为明显的各向异性,造成空调车室内壁的热流的非均匀性.因此,对厢体及车室内流场与温度场的数值计算分区进行,边界耦合.3 数值求解方法由于空调客车室内结构复杂,造成计算区域边界形状复杂,给数值计算带来了一定的困难.为此,文中采用贴体坐标划分计算网格(见图2),网格数为30×31×92,为了节省计算机内存和计算时间,在壁面附近采用壁面函数法处理.采用有限差分法离散控制微分方程,应用SIM PLEST 算法[4]求解离散控制方程:¹对流项采用迎风差分格式,将扩散项与对流项的影响系数分离开来,使方程绝对稳定;º把相邻节点的影响系数表示成对流分量与扩散分量之和,将对流部分归并入源项.332 上 海 交 通 大 学 学 报第33卷 图2 三维计算网格(30×31×92)Fig .2 3D body -fitted computatio nal g r id (30×31×92)4 结果分析本文对SH6700中型空调客车室内的三维空气流场与温度场进行数值计算,获得的结果比较理想.图3和图4为x z 平面(y =4,16)的速度场与温度场的分布,图5为y z (x =16)平面的速度场与温度场分布,图6为xy (z =51)平面的速度场与温度场分布. (1)送、回风口的布置对空调车室内空气流场温度场影响较大,由于风道位于车顶左右两侧,且每个送风道各开8个正对座椅向下送风的送风口,回风口位于车顶后部,客车前部驾驶室空气流动强度图3 y =4平面内流场和温度场分布Fig.3 Dist ribution of flow field and temper ature field (y =4plane)图4 y =16平面内流场和温度场分布Fig.4 Distr ibutio n of flow field and temperat ur e field (y =16plane)图5 x =16平面内流场和温度场分布F ig .5 Distr ibutio n o f flow field and temperatur e field (x =16plane )图6 z =51平面内流场和温度场分布Fig.6 Distribution of flow field and temper ature field (z =51plane)333 第3期吴俊云,等:空调客车室内三维紊流流动与传热数值研究较小,温度较高,空调效果较差,而车室后部空气流动强度较大,空调效果较好;(2)空调车室内中心平面上空气流动强度较两侧小,温度场分布不均匀,空调效果较两侧差,这是由于送风口位于两侧且风口向下,致使两侧座椅处产生较大流动涡旋,而中间座椅处则明显较小;(3)由于空调客车车身较长,前后区域空气流动强度不同,造成前后温差较大,整个空调车室内温度场流场分布不均匀,影响了整体空调效果;(4)空调客车室内上部区域流速较大,下部区域流速较小,温度较高,致使上下区域温差较大,从而会影响乘客的热舒适感觉.5 结 论(1)对空调客车室内空气流动传热的数值分析,可以预测流场与温度场分布情况,筛选空调车室内气流组织设计方案,这样既缩短设计周期,节省人力、物力与财力,又可实行优化控制,以获得满意的空调效果.(2)空调送风系统布置对空调车室内空调效果有较大影响,送、回风口的布置对空调车室内空气流场与温度场影响较大.(3)本文结果为空调客车室内气流组织的优化设计和车室内舒适环境的评价与研究提供了依据,对空调客车送风系统的工程设计提供指导.参考文献:[1] K om or iya T.A naly sis of vehicle pa ssenger compart-ment ventilatio n using exper imental and numericalmo del[R].SAE P aper89312,1989.[2] Han T.T hr ee-dimensional nav ier-stokes simulationfo r passeng er co mpar tment coo ling[J].Int J o f V ehi-cle D esign,1989,10(2):223～235.[3] Lin C H,L elli M A,Ha n T,et al.A ex periment al andco mputational study of cooling in a simplified g m-10passeng er co mpartment[R].SA E P aper910216,1991.[4] 陶文铨.数值传热学[M].西安:西安交通大学出版社,1988.[5] 卞伯绘.辐射换热的分析与计算[M].北京:清华大学出版社,1988.下期发表论文摘要预报Q FT在水下潜器控制系统设计中的应用肖永利, 张 琛(上海交通大学信息存储研究中心) 吴庆宪(南京航空航天大学自动控制系)摘 要:分析和总结了定量反馈理论(Q FT)的基本原理和设计步骤,并应用该理论对水下潜器的控制系统进行了设计研究.研究发现,QF T能够很好地解决水下潜器由于模型参数具有不确定性而造成的控制系统鲁棒性设计问题,从工程应用角度为水下潜器提供了一种鲁棒控制设计方案.仿真结果及与一般控制方案比较表明,用这种理论方法设计的控制系统不仅控制效果良好,而且有较强的工程应用价值.一种离散事件系统建模新方法及其应用王 庆, 吴智铭(上海交通大学自动化系)摘 要:为增强P etri网技术和O-O技术相结合而形成的O OP N的描述能力,提出了一种基于消息驱动机制的新型OO PN——M OP N的定义及其特性,它用面向对象方法为系统建立起整体框架,用有色Pet ri网具体实现各个对象,并加入消息驱动机制以在对象间传递消息,能较好地将O-O技术和Pet ri网的优点结合起来.用离散事件系统的典型实例——F M S的建模来说明其在离散事件系统建模、分析中的应用.334 上 海 交 通 大 学 学 报第33卷 。
陈江平_客车车厢内气流分布及传热数值分析_刘军朴
实验测点布置见图 2, 中轴线布 3 点, 每点分别 测试 0. 4、1. 0、1. 6 m 3 个高度的温度, 左侧 5 点, 测
L+
LT R
×
g rad( E)
=
C1E
E k
P
-
C
2EQ
E2 k
( 7)
式中:
LT =
C
LQ
k2 E
( 8)
P′=
2 3
P
Qk
( 9)
P 项包含了流场中由于应力而产生的紊流项, 含有
5 个经验常数 CL, C1E, C2E, RK , RE, 通常情况下, 除了 靠近壁面的复杂流动以外, 5 个常数可以取标准值: CL= 0. 09; C1E= 1. 44; C2E= 1. 92; RK = 1. 0; RE= 1. 3. 靠近壁面粘性支层内, 流动和换热计算需采用壁面 函数法, 靠近壁面不划分网格, 把第 1 个与壁面相邻 的节点布置在旺盛紊流区域内. 1. 3 客车 CFD 模型
电话( T el . ) : 021-62933242; E -mail : jpch en@ s jt u. edu . cn
第 7 期
刘军朴, 等: 客车车厢内气流分布及传热数值分析
10 99
发展, 该技术的应用越来越普遍, 在许多领域获得了大 的成功[ 1, 2] . 然而, 对于客车空调这种大空间、存在自然 对流换热和强迫对流换热、辐射换热的场合, 数值模拟 方法仿真结果的准确程度需进一步验证[ 3, 4] .
空调客车车室流场的数值模拟的开题报告
空调客车车室流场的数值模拟的开题报告一、研究背景随着交通工具的发展和人们生活水平的提高，空调客车作为一种高速、舒适、安全的公共交通工具，已经成为人们出行的重要方式之一。
然而，在夏季高温天气下，由于车室空气的热量和湿度不易散发，乘客在车内容易感到不适，甚至出现中暑等身体不适情况。
因此，研究空调客车车室流场的数值模拟，优化车内空气流动结构，提高车内舒适性，对于乘客乘坐舒适度的提高具有重要意义。
二、研究目的本文旨在通过数值模拟的方法，对空调客车车室内的空气流动结构进行研究，分析车室内气流速度、温度和湿度等参数的分布规律，找出存在的问题和不足，提出改进方案，进一步提高车内舒适性。
三、研究内容本文的研究内容包括以下几个方面：1. 建立空调客车的三维数值模型，包括车厢、座椅、空调出风口等要素，制定仿真方案和网格划分；2. 运用计算流体力学（CFD）方法，分析车室内气流速度、温度和湿度等参数的分布规律，找出存在的问题和不足；3. 分析车内气流对乘客舒适性的影响，提出改进方案，对车室内空气流动结构进行优化；4. 对比改进前后的数值模拟结果，验证优化方案的有效性；5. 总结并提出进一步研究的方向。
四、研究方法本文主要采用数值模拟的方法对空调客车车室内的空气流动结构进行研究，具体流程如下：1. 建立空调客车的三维数值模型，包括车厢、座椅、空调出风口等要素。
2. 划分网格，根据仿真方案设置边界条件。
3. 运用CFD方法，采用ANSYS Fluent等专业软件，对车室内气流速度、温度和湿度等参数的分布进行数值模拟计算。
4. 对模拟结果进行分析处理，找出存在的问题和不足。
5. 提出改进方案，对车室内空气流动结构进行优化。
6. 对比改进前后的模拟结果，验证改进方案的有效性。
7. 总结研究成果，提出进一步研究的方向。
五、研究意义通过数值模拟的方法对空调客车车室内的空气流动结构进行研究，可为以下方面提供参考和指导：1. 提高乘客的乘坐舒适度，进一步提升公共交通服务质量。
YW25G型空调硬卧列车车厢内热舒适性研究
隔 间存 在 良好 的对 称 性 ； 卧 车 厢 内各 区域 的 热舒 适 性 优 劣 排 序 依 次 是 ： 道 区域 、 铺 区域 、 硬 过 下 中铺 区域 、 铺 上
区域 ； 理 的 铺 位 纵 向 间隔 有 利 于 旅 客 的散 热 。研 究结 果 对 如何 改 善 列 车 车厢 内 热 舒适 性 提 供 了重 要 参 考 。 合
维普资讯
第 ６卷第 ２ 期
２０ ０ ７年 ６月
热 科 学 与 技 术
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＴｈ ｒ ａ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｅ ｍ ｌＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ
Ｖ０ ． Ｉ ６ Ｎｏ． ２
摘 要 ：从满足旅客 的热舒适性 出发 ， 研究空调列 车室内空气的流 动及 温度分 布情况至关重要。以Ｙ ５ 型 Ｗ２Ｇ
空调 硬 卧 列 车 车 厢 为研 究 对 象 ， 理 模 型 中考 虑 了旅 客 以及 车 厢 内各 障 碍 物 （ 括 边 桌 、 李 架 、 铺 、 座 物 包 行 床 折 等） 的 影 响 ， 用 五ｅ 流 模 型对 车厢 内三 维 湍 流 流 动 和 传 热 进 行 了 数 值模 拟 ， 究 车 厢 内流 场 及 温度 场 的 等 采 一湍 研 分 布 变化 规 律 ， 而获 得 热 舒 适 性 指 标 Ｐ 从 值 的分 布 情 况 。研 究 结 果 表 明 ： 个 车 厢 内的流 场 及 温度 场 关 于 整
运 动方 程 ：
丕 ）一 （ ） × （ 一 ｐ ２ ＋ ａ ＋ 丕 ［＋ （ ＋ ｍＰ （ 差 瑟 ｔ］ ） ｇ
（） ２
具有 较好 的对 称性 ， 因此本 文 将 以半节 车 厢 作 为
计算 区域 ， 建立 三维 直角 坐标 系 ， 车厢 长度 方 向 沿 是 轴 （ 半节 车厢 长 ９ ４ ， ． ４ｍ） 车厢 宽度 方 向是 ｙ
铁路空调硬卧车内气流分布的数值模拟]
![铁路空调硬卧车内气流分布的数值模拟]](https://img.taocdn.com/s3/m/6a5105956bec0975f465e211.png)
(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 。
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
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
公交空调客车室内热环境的三维数值模拟与实验研究
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第 ４期
包 海涛 ：公交 空调客 车室 内热环境 的三 维数值模拟 与实验研究
・ ７・
５ ｍ ．Ｋ；车底 地板 作绝 热边界 条件 处理． Ｗ／
１ 计 算 模 型 的 建 立
。
室 内座椅作 定热 流边 界处 理 ，把 车 内座椅 上乘 客 和站立乘 客 散 热 量 均 布 于 座 椅 上 ，取 值 ２０ｗ ０ ／
Ｌ １，
．
１ １ 研 究的对 象 ．
ｍ
研 究对象 为某 一公 交 空调 客车 ，车 长 ９ｍ、宽 ２ ４ｍ 和高 ２ ｍ． 内设 ２ ． ２个 座椅 ，左 右 两 侧 各 １ １
１４ 网格 划分及 数值 求解 方法 ．
个 ，座 椅上方 共 设 １ 矩形 出风 口 ，对 称 分 布 于 ６个 车体顶 部两侧 ．为 了简 化模 型将 每个人 和每个 座椅
ＢＡＯ ｉｔｏ Ｈａ—ａ
（ ａ ｉ ｓｔｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｈ ａａ ２０ ３ Ｃ ｉ ） ＨｕｉｎＩ ｔｕ ｆ ｃｎｌ ｙ ｎｉ ｅ Ｔ ｏ ｙ ｕｉ ２ ３ ０ ， ｈｎ ｎ ａ
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载人列车车厢内空气流场温度场数值模拟
载人列车车厢内空气流场温度场数值模拟张登春;翁培奋【期刊名称】《计算力学学报》【年(卷),期】2007(24)6【摘要】采用稳态不可压缩雷诺时均N-S方程、k-ε湍流模型,计算了载人列车车厢内三维空气流场和温度场.将太阳辐射热和人体散热作为能量方程的附加源项,研究了在条缝送风条件下,乘客和太阳辐射对车厢内流场和温度场的影响.计算结果表明:现有的送风方式除车厢两端外,车厢内沿长度方向气流分布比较均匀;送风口的布置对车厢内流场温度场分布影响较大,送风气流在车厢两侧形成两股比较大的流动旋涡;人体散热和太阳辐射对车厢内流场温度场影响较大,非空载时车厢内流场分布与空载时有较大差别,太阳照射和人体产生的热气流使车厢内存在较大的温度梯度,靠窗处的温度较高,过道处温度较低.流场温度场的计算结果和实验数据吻合较好.【总页数】7页(P904-910)【作者】张登春;翁培奋【作者单位】上海大学,应用数学和力学研究所上海,200072;湖南科技大学,能源与安全工程学院,湖南,湘潭,411201;上海大学,应用数学和力学研究所上海,200072【正文语种】中文【中图分类】TK124;U238【相关文献】1.地铁车贯通道内空气流场与温度场的数值模拟 [J], 王东屏;王斌;李鹏;斯琴2.使用ESC数值模拟公交车车厢内温度场和空气流场 [J], 张才三;付彬3.载人车室内部空气流场温度场的数值模拟 [J], 陈江平;刘维华4.松弛热定型机腔内三维流场及温度场数值模拟研究 [J], 宋树权;葛友华;袁铁军;张广冬5.连铸不同水口浸入深度下结晶器内钢水流场和温度场的数值模拟 [J], 罗衍昭[1];张利君[1];李海波[1];崔阳[1];倪有金[2];裴兴伟[2]因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
铁路空调客车内三维湍流流动及温度场的实验研究
文章编号: 1005—0329(2004)12—0057—04铁路空调客车内三维湍流流动及温度场的实验研究高秀峰1,冯诗愚1,郁永章1,邓建强2(11西安交通大学,陕西西安 710049;21清华大学,北京 100084)摘 要: 空调铁路客车室内空气湍流场、温度场的研究是空调客车室内气流组织设计及车室内舒适环境评价与研究的基础,本文采用k—ε湍流模型,固体区域应用区域扩充方法,对空调客车室内三维空气流场与温度场分布进行了数值模拟研究,为空调客车室内舒适环境的优化研究提供了依据。
关键词: 数值计算;湍流;三维流场;温度场中图分类号: T U834 文献标识码: AExperimental Study on Three2dimensional Turbulent F low and T emperatureField in Air Conditioning T rain P assenger C abinG AO X iu2feng,FE NG Shi2yu,Y U Y ong2zhang,DE NGJian2qiang(11X i’an Jiaotong University,X i’an710049,China;2.Tsinghua University,Beijing100084,China)Abstract: Numerical simulation method for turbulent flow in windpipe is needed by designing windpipe in passenger train with air con2 dition unit.I t is als o a base for research of wind control in passenger cabin.By use a standard k—εtw o2equation m odel,the flow patterns in pipe and wind character out windpipe are provided.Finally the construct of windpipe is developed by the m odel.K ey w ords: numerical calculation;turbulent flow;three2dimensional flow field;tem perature field1 引言铁道部标准T B1951—1987对客车空调设计参数进行规定[1],提出:静止空载客车内同一水平面和同一铅垂线的最大气温差均不超过3K;客室内微风速,对于软座车、软卧车和硬座车,夏季不超过0.25m/s,其它车不超过0.35m/s,冬季不超过0.20m/s。
湍流模型在列车空调气流组织中的应用
Ｏ 引言
近年 ，随着 空调 列车 向高 速 化 、舒适 化 发展 ， 空调 列 车 的舒 适 性 、可靠 性 、安 全 性越 来越 受 到人 们 的关注 ， 进而 对 车厢 内空气 品质提 出 了更 高 的要
求。
期长等 的制约 。 而采用数值计算 的方法则可 以避开
这 些 限制 ，充 分发 挥计 算速 度 快 ，成本 低 ，资 料全 等优 点 。在数 值 计算 工 作 中，一个 关键 问题 是 建立 适合 的湍流 模 型 ，目前应 用 在列 车 车厢 内的主 要湍
Ａｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏｆＴｕｒ ｐｌｃ ｔｏ ｂｕｌ ｎｃ ｏ ｌ ｏ ｒ ｏ Ｏｒ ａｎｉａ ｉ ｎ ｉ ｒ ｃ ｎｄｉｉ ｎｅ ａ ｎ ｅ ｅ Ｍ ｄｅ ｒＡｉ ｆ ｗ ｇ ｆ ｌ ｚ ｔｏ ｎＡｉ－ ｏ ｔｏ ｄ Ｔｒ ｉ
Ｋｕｎ ａ Ｑｉ ｈ ｏ ｕ ＤｕＨ ｉ ｎ ａ ｇＸｉ ｏ ａｈ ｉ Ｚ ａｌ ｇ ｏ
（ ｌ ｇ ｆ ｎ ｒ ｙＳ ｉｎ ｅａ ｄＥｎ ｉｅ ｒｎ ， ｎｒ ｌ ｏ ｔ ｉ ｅｓ ｙ Ｃｈ ｇｓ ａ ４ ０ ７ ） Ｃｏｌ ｅｏ Ｅ ｅｇ ｃｅ ｃ ｇｎ ｅｉｇ Ｃｅ ｔａ ｕｈＵｎｖ ｒｉ ， ａ ｈ ， １ ０ ５ ｅ ｎ ｓ ｔ ｎ
［ ｂｔａｔ Ｒ ｓａｃ ｆ ｅ ｅａ ｒ ｅ ｄ ｖ ｌｃ ｅ ｎ ｅｐｅｓａｒ ｏ ｄｔ ｎｄ ｔ ｉ ａｓｎ ｅ ｏ ａｔ ｎ ｓｔｅ Ａ ｓ ｃ］ ｅｅｒｈ ｏ ｍｐ ｒｔ ｅｆ ｌ ａ ｅ ｉ ｆ ｌ ｉ ｘ ｒｓ ｉｃ ｎ ｉｏ ｅ ａ ｐｓｅ ｇｒｃ ｍｐｒ ｒ ｔ ｕ ｉ ｄｎ ｏｔｉ ｄ ｙ － ｉ ｒ ｎ ｍｅ ｔｉ ｈ
ｆ ｕ ｄ ｉｎ ｏ ｉ ｏ ｏ ｇ ｉａ ｉ ｎ ｄ ｓｇ ；ｉ ｉ ｅ ｍａｎ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｏ ｐ ｒ ｃａ ｉ ｎ ａ ｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｆ ｅ ｖ ｒ ｎ ｅ ｔ ｌｃ ｍｆ ｒ ｉ ｏ ｎ ａ ｏ ｆ ａｒ ｗ ｒ ａ ｚ ｔ ｅ ｉ ｎ ｔ ｓ ｔ ｉ ｒｎ ｉ ｌ ｆ ａ ｐ ｅ ｉ ｏ ｔ ｌ ｆ ｎ ｏ ｈ ｔ ｎ ｅ ｅ ｈ ｏ ｎ ｉ ｍ ｎ ａ ｏ ｏ ｔ ｎ ｒ ｏ
空调房间室内热环境的三维数值模拟及实验研究
空调房间室内热环境的三维数值模拟及实验研究摘要：本文针对在规划和设计阶段如何正确而详细地预测和评价室内气流组织及温度分布的问题，以一个空调房间作为模拟计算的研究对象。
通过建立相应的数学物理模型，利用CFD模拟计算软件PHOENICS 对空调房间的室内热环境（空气温度、流速）进行了数值模拟，得出了空气温度、流速的分布图，并对模拟房间进行了实验测试，对模拟结果与实测结果进行了分析、比较。
分析结果表明模拟值与实测值的吻合度很好，这表明所建立的模型是正确的，模拟结果是可信的。
关键词：计算流体力学数值模拟 PHOENICS 实验测试数值分析0 引言计算流体动力学简称CFD(Computational Fluid Dynamics)，是随着计算机技术而出现的一门新学科。
它运用流体动力学的基本原理，通过建立数学物理模型，根据提供的合理的边界条件和参数，可以对空调区域内气流的速度场、温度场、压力场等进行模拟计算。
而室内空气的速度场、温度场又是空调房间室内气流组织设计及空调房间室内舒适环境评价的基础。
建筑室内的气流分布和温度分布是体现舒适和卫生的空气环境的主要指标之一。
如果能够在规划和设计阶段即可正确而详细的预测和评价室内气流组织及温度分布，不仅可以实现现代暖通空调系统的优化设计和运行管理，提高室内热舒适性和室内空气品质，而且对系统乃至整个建筑物的节能也具有重要的指导意义。
在国外，CFD数值模拟技术已被广泛应用在工程领域，成为设计上不可缺少的技术手段；而在国内CFD技术的研究和应用也已逐步受到重视。
本文就是利用CFD模拟计算软件PHOENICS，对立柜式空调房间的温度场、速度场进行预测和分析，并通过实验测试加以比较验证。
1. 房间简介模拟计算的空调房间为本学院的一个多媒体会议室，房间大小为11m×7.8m×3.6m，位于学院主体楼一层的北侧，除北墙为外墙外，其余都为内墙，南面两个门朝向走廊，北面有三个窗户，模拟时门、窗都是关闭的。
铁路空调硬卧车内气流分布的数值模拟
# !引!言
铁路空调列车是我国目前正在开发研究的重大 车厢内部 环 境 的 热 舒 适 性 是 列 车 设 计 和 科研项目 $ 制造的一个重要 指 标 % 由 于 列 车 车 厢 空 间 较 大 $ 空 通风管道尺寸 & 风口位置和尺寸 调送风口比较分散 $ 对于各风口风量分 配 有 较 大 的 影 响 $ 不良的设计易
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对 车 厢 内 流 场& 温度场和热舒 车内 Q ] W 仿真模 型 $ 适性评价指标进行了分析 % 研究了车厢内三维空气 流场 & 温度场分布 规 律 $ 并 与 实 验 结 果 进 行 了 对 照$ 两者吻合较 好 $ 在 此 基 础 上 利 用 N+$ 指 标 分 析 了 车厢内人体热舒适性 % 研究结果对空调车内气流组 织设计有指导意义 %
学
报
第! " 卷
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作 辐射能在车厢内各 内 表 面 的 分 配 比 例 进 行 计 算 # ! " A
空间热环境三维紊流流动的数值模拟与研究
空间热环境三维紊流流动的数值模拟与研究摘要：文章通过对某工程售楼部大厅空调开启前后不同位置的空间进行实验测试，得出相应位置的温度、空气流速数值，并建立相应的数学物理模型，应用CFX计算软件对该售楼部大厅进行室内热环境（空气温度、流速）三维数值模拟，得出空间空气温度、流速的平面分布图。
在分布图上相应位置取点，与实验测试的数值进行对比、分析。
结果表明模拟值与实验测试值基本吻合，这为室内空调系统设计得出了参考资料，使得今后空调工程设计时方案可以更优化。
关键词：空调；实验测试；数学物理模型；室内热环境；数值模拟随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，人类对于居住及工作环境的要求越来越高，这也使得空调成为改了人们变生活环境的首选，而空调系统的舒适性和节能性更是成为了设计师方案设计的首要考虑指标。
而对于如何解决室内气流和温度这两种体现房间舒适性的重要参数，计算流体力学（CFD：computational fluid dynamics）技术被引入国内，并已进入实用阶段。
它通过对室内空间气流的速度场、温度场、压力场等进行数值模拟计算，在工程规划和设计阶段即可对工程设计方案进行正确、直观的预测和分析，同时也可在工程调试阶段对工程施工结果做出对比、调整。
CFD的数值模拟计算结果与工程实际测试结果均可做为一种设计依据用来指导暖通空调系统设计方案的优化。
本文就是利用CFD模拟计算软件CFX，对空调系统开启时的某售楼部大厅进行了三维热环境的数值模拟，通过对温度场、速度场的模拟结果和实际测试结果做出比较、验证。
1 模型简介2 数学模型房间内气体流动是湍流过程，所以本文采用紊流自然对流时的k-ε双方程模型进行模拟。
在模拟过程中作如下假设：室内空气为低速运动，可视为不可压缩流体；符合Boussinesq假设，即认为流体密度对浮升力项产生影响；气体流动为稳态紊流；忽略由流体粘性力引起的能量损失。
数值模拟中采用的基本控制方程为连续性方程、动量方程、能量方程、紊态动能k方程、湍流耗散率ε方程，可表示为：4 模拟结果及分析4.1 空气温度分布6 结论本文采用CFX计算模拟软件对空调房间中的温度场、速度场进行数值模拟，得出计算结果，与实验测试结果相比较。
地铁车贯通道内空气流场与温度场的数值模拟
地铁车贯通道内空气流场与温度场的数值模拟王东屏;王斌;李鹏;斯琴【摘要】Subway train model with crowded passengers was established using k -ε turbulence model to simulate 3-D air-flow field and temperature distribution of subway gangway, considering the heat from human body and effect of heat transfer from each component to external temperature. The calculation result shows that the velocity-range is 0. 1 ~0. 3 m/s when the temperature is 22. 5℃. Comfort index of air flow rate and temperature of the gangway is assessed referred to EN14750 - 1 standard of European, which meets the design requirement.%建立地铁车车厢及贯通道的三维物理模型,内部乘客站立密集.使用k-ε标准湍流模型对地铁车车厢及贯通道处空气流场和温度场进行数值模拟,考虑了人体散热以及车体各组件对外部温度的传热作用.计算结果表明:贯通道内流场平均温度为22.5℃,气流组织速度范围约为0.1 ～0.3 m/s.参照欧洲EN14750 -1标准,贯通道内部空气流动速度及温度的热舒适性指标满足设计使用要求.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2012(033)005【总页数】4页(P7-10)【关键词】地铁贯通道;气流组织;数值模拟;EN14750-1标准;热舒适性【作者】王东屏;王斌;李鹏;斯琴【作者单位】大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学交通运输工程学院,辽宁大连116028【正文语种】中文0 引言地铁车厢内部贯通道允许乘客从一节车厢自由地走到另一节车厢，使乘客感到安全和舒适.合理的气流组织不仅可以有效地改善乘客的热舒适性，也能有效改善车内的空气品质［1］.运用CFD技术对车室内气流组织进行模拟分析，可以得到温度、速度、温差等参数的量化结果，对空气调节系统的设计和改进起到了很好的指导作用［2］.目前国内许多学者及相关技术人员都致力于车室内热舒适性的研究.邓建强等［3］通过数值模拟和车体实验，对25型硬座车厢的空调送风方式提出了改进意见.吴俊云等［4］应用整体求解法计算空调车室内气固耦合传热问题，考虑太阳辐射的影响，对车室内三维空气流场与温度场分布进行数值模拟研究.但是对地铁车厢贯通道部位温度场和速度场数值分析的相关文献还很少，因此对列车贯通道空气流动的数值计算是十分必要的.采用k-ε湍流模型，对满载时地铁车厢连接处的空气流动和传热进行数值模拟.同时考虑了车窗、车体、贯通道连接材料与外部环境的传热作用以及人体的热辐射，使其更加符合具体工况.将计算得出的空气流动速度和温度分布参照欧洲EN14750-1标准［5］，对空调设计方案进行有效的评估，为车厢内气流组织的优化设计提供理论依据.1 模型的建立以某地铁车中车为物理模型，为使得计算结果更加精确，对风道部分和车厢部分分别进行建模和研究.1.1 风道物理模型由于车厢内两条风道呈对称排列，故只对单边风道进行计算分析.风道包括2个供风入口(连接车顶两台空调机组)，另一侧设有58个出风口(连接车室内部)，风道内部共有22个孔板(向出风口分流).计算模型具体如图1所示.图1 风道计算模型风道模型内部结构如图2所示.风道采用内部孔板增大空气流动的阻力，穿孔挡风板可以使得由导流板分流出来的高速冷风在此处受到一定的阻挡，增加一部分的风量送入此处的静压风道内，再通过静压风道底部的条缝送风口进入车厢，达到整条风道均匀出风的目的.图2 风道模型内部结构1.2 车体物理模型主风道沿车顶中部设置，风道出口的冷风通过车顶的条缝进入车室.车厢内部结构及通风方式左右一致，故取车厢宽度的一半进行研究，而贯通道处则为两半截车厢拼接，如图3所示.空调机组总供风量为4 000m3/h，冷风温度18℃.每节车厢设6个废排烟囱，单个废排装置的排风量为550m3/h，出口压强50 Pa，外界环境温度35℃，车内设计温度最高28℃.图4为车厢的横断面，废排口设在座椅下方，废气通过侧墙内腔上升到车顶到达废排烟囱，通往大气的废排烟囱位置不设风机装置，完全靠大气压力进行排风(图示中箭头指向为废排通道).车厢内定员254人，表1为车体各部位导热系数.表1 车体各部位导热系数车体部位导热系数(W/m2·K)2.4车窗 3.1车门 4.6贯通道材料车体3.97图3 车体计算模型图4 车厢横截面图1.3 数学模型为了简化问题，便于求解，尽量保证计算的精度，理想化模型如下:(1)车室内空气视为不可压缩气体，并且符合Boussinesq假设，认为空气密度变化仅对浮升力产生影响;(2)车室内空气流动为稳态湍流，忽略流动时粘性力做功引起的耗散热;(3)人体热源按人体表面积均匀分布;(4)车体封闭性良好，不考虑车室内空气通过车体缝隙与外部流通和换热.根据以上假设，求解不可压缩、定常流动问题，数学模型以张量形式描述如下［6］:(1)连续方程:(2)运动方程:(3)能量方程:(4)湍流动能k方程:(5)湍流耗散率ε方程:其中湍流动能产生项:湍流黏性系数:式中，cμ，c1，c2，c3，σk，σε，σT为经验常数;Cp为空气定压比热，kJ/(kg·K);g是重力加速度，m/s2;k为流体湍流脉动动能，m2/s;P为时均压力，Pa;Pr是湍流时的普朗特数;q为热源强度，W/m3;T是流体温度，℃;T0为参考温度，℃;ui为速度分量，m/s，x方向i=1;y方向i=2;z方向i=3;ε是湍流能量耗散率，m2·s;μ是层流动力粘性系数，m2/s;μt是湍流动力粘性系数，m2/s;ρ为流体密度，kg/m3;β是流体体积膨胀系数，1/K.1.4 网格划分建立了地铁车以及乘客的三维几何模型，为了适应复杂的内部结构，采用四面体非结构性网格，自动生成并进行优化判定，实现了良好的网格疏密过渡，从而得到较高质量的网格.风道网格单元数为379万，车体网格单元数为841万.2 计算结果分析风道模型结构及内部气流组织运动规律呈两端对称，图5取风道总长一半放大观察.从图中可以看出主风道内部的孔板有很好的导流减压作用，供风入口进来的高速冷风初始速度最高达到14m/s，而进入静压风道内的冷风速度约为3.8m/s，并且基本保持不变，从而使静压风道上的各冷风出口出风量均匀.图5 风道内部截面速度矢量为了模拟实际使用工况，车厢内乘客设置密度较大，按照欧洲《EN 14750-1》标准中规定，每平方米站立乘客大于等于4人时，应使用B类车评判标准.表2为各温度范围内舒适性风速.表2 各温度范围内舒适性风速车内温度/℃ 舒适风速/(m·s-1)+18 0.3+220.35+25 0.7+28 1.4+30 2.0≥+35 4.0图6、图7是车厢连接处两X截面上速度矢量与温度分布的对比，观察温度分布图中间面积较大的等温区域，可以发现车墙的导热作用对室内温度影响不是很大，温度影响主要来自人体的散热作用.贯通道内没有设置人体模型，温度分布较为均匀，平均温度为22.5℃.贯通道作为两个流场的连接区域，虽然没有设置空调通风装置，但内部气流分布较为均匀，速度范围为0.1～0.3m/s，小于车内温度22℃时允许舒适的最大风速0.35m/s，与车厢内乘客区域环境基本一致，满足空调室内允许的空气流动速度，而不会使人产生明显的吹风感.通过对比图6和图7，车厢中央过道顶端气流组织要明显好于靠近车墙侧位置，因此通风性较好，冷风速度较高.此外，靠近车墙一侧受车体导热作用的影响较大，平均温度为22.8℃，而中央过道处的平均温度为22.3℃，较车墙侧略低一些.由图8可以看出，两节车厢相互之间的扰流作用不明显，气流场主要集中在本节车厢内.但各个车厢的气流流动均会影响到贯通道位置，所以贯通道处也有较好的空气流动和适宜的温度环境.图6 距侧墙0.15m截面图7 距车厢中心线0.5m截面图8 空气粒子流动轨迹图3 结论(1)主风道内部合理的孔板设置，能有效的起到导流降压作用，从而达到各出风口风量均匀的目的;(2)对于高密度大通勤量的地铁列车来说，影响车室内气流场的主要因素是人体的散热作用及乘客的疏密程度.外部温度通过车身材料、车窗以及车门的传导，对靠近车墙位置有一定影响，导致该区域平均温度高于车厢中央过道位置;(3)地铁贯通道处在没有通风装置的情况下，通过内部流场的热平衡作用，也可以达到很好的舒适程度，环境与车厢舒适区内基本相同，当平均温度为22℃时，风速范围约为0.1～0.3m/s，满足乘客舒适性要求;(4)两车厢连接，气流主要活动在本节车厢以内，对贯通道处的空气调节有一定影响，但彼此之间的扰流作用不显著.参考文献:［1］陈焕新，胡益维，陈宁，等.改善空调列车车内空气品质的途径［J］.铁道车辆，1998，8:37-38.［2］刘佳，张利明.地铁车厢条缝送风方式数值模拟［J］.制冷与空调，2010，10(4):72-75.［3］邓建强，冯诗愚，张早校，等.铁路空调客车内流场、温度场的数值模拟和实验研究［J］.暖通空调，2005，35(6):20-23.［4］吴俊云，童灵，陈芝久.空调客车室内三维紊流流动与传热数值研究［J］.上海交通大学学报，1999，33(3):331-334.［5］Technical committee RAE/1.EN 14750-1:2006.Railway applications-Air conditioning for urban and suburban rolling stock-Part 1:Comfort parameters［S］.British:［s.l.］，2006.［6］陈焕新，黄素逸，张登春.空调列车室内气流分布的数值模拟［J］.流体机械，2002，30(4):59-61.。
高速列车车内温度场与气流场研究
式中， 为温 度 ； Ａ为 流 体 导 热 系数 ； ｃ 。为定 压
比热 ． １ ． ２ 几何 模型
出， ２ １ ％ 的总风量从 车厢 两侧 内壁下 端送 出 ； 冬 季 运行 时 ， ３ ０ ％ 的总风量从 车厢 客室顶 板均 匀送 出 ， ２ １ ％ 的总风量 从 两侧 车 窗 下 端送 出 ， ４ ９ ％ 的 总 风 量 从 车厢两 侧 内壁 下端 送 出． 由于 送 风 总 量 以及 各 出风 口风 量 的 大小 已 知， 且 送风 均匀 ， 即送 风 口处选 用速 度人 口边界 条
高 速 列 车 车 内温 度 场 与气 流 场研 究
李 国清 ， 王 大智 ， 袭望 ， 韩璐 ， 刘斌
（ 中国北车集 团 唐 山轨道客车有 限责任公 司 产 品技术研究 中心 ， 河北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ３ ５ ） 爿 ÷
摘
要： 应用 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ软件对 高速 软卧车包 间内的温度场和气流场进行 了数值模拟 ， 基于非稳态 的双方
连 续性 方程 ：
ａ
调 系统 的性 能 ， 除 了与 空调 本 身 的性 能 及 机 组 的 大 小有 关外 ， 还 与 整 个 客 室 的热 环 境 和 空 气 的 品
质有重要的关联 ． 为 了改善旅 客乘车 的舒适性和 提 高运 行 的经济 性 ， 提升 空调 系统 能效 ， 高速 列 车 使 用 了 良好 的隔 热保 温 材 料 以及 密 封措 施 ． 国 内
第３ ４卷 第 ４期 ２ ０ １ ３年 ８月
大
连
交
通
大
学 学 报
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ４ Ａｕ ｇ． ２ ０１ ３
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ Ｏ Ｆ ＤＡＬ Ｉ ＡＮ Ｊ Ｉ ＡＯＴ ０Ｎ Ｇ ＵＮＩ ＶＥ ＲＳ Ｉ Ｔ Ｙ
轿车空调三维流动与传热研究
效 果并 满 足节 省 能耗 的要求 ， 具有 十分重 要 的理论 意 义 和实 际 价值 。但 是 车 内有 座 椅 和乘 员 ， 但几 不 何 边 界 复 杂 ， 且 还 存 在 太 阳辐 射 、 体 散 热 等 复 而 人
ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｄ ａ ｄ ｖ ｌ ｃｔ ｅ ｄｏ ｉ— ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ＵＶ ｉ ｖ ｉ ｂ ｅｔ ｅ ｈ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ Ｉ ｐ ｏ ｉｅ ｕ ｐ ｒ ｆ ｒ ｐ ｉ ｅ ｅ ａ ｕ ｅｆ ｌ ｎ ｅ ｏ ｉ ｆ ｌ ｆ ｒ ｃ ｎ ｉ ｏ ｉ ｇ Ｓ ｓａ ａｌ ｌ ｏｇ ｔ ｅｏ ｔ ｉ ｙｉ ａ ｉ ａ ｔ ｍｉ ａｉ ． ｔ ｒ ｖ ｄ ｓｓ ｐ ｏ ｔ ｏ ｔ ｏ ｏ －
化 。 于轿 车 车 身和 玻 璃 窗 受 到 的 太 阳辐 射 以 及人 体 的 散 热 ， 立 了计 算机 模 型 。 用 Ｇ ＭＢＴ划分 网格 ， Ｆ Ｕ Ｎ 基 建 采 Ａ Ｉ 用 Ｌ ＥＴ 分 析 了空调 车 内的 温度 场 和速 度 场 。通 过 分 析 车 室 内温 度 场 和速 度 场 的分 布 特 征 ， 出影 响 空调 制 冷 效 果 的 关键 因 找
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空调客车内气流组织与污染物浓度场数值模拟
空调客车内气流组织与污染物浓度场数值模拟向立平;王汉青【摘要】以计算流体力学和传热学为基础,采用计算流体力学软件Fluent,针对某型空调客车,运用k-ε湍流模型及贴体坐标对空调客车室内流场、温度场及CO2质量分数进行数值计算.以人体呼出的CO2作为污染源,研究车室CO2质量分数分布.研究结果表明:人体散热和太阳辐射对客车室内流场、温度场影响较大;乘坐区乘客头部高度水平内温度分布较均匀,驾驶区温度偏高,对热舒适性产生不利影响;驾驶区的CO2质量分数较低,车箱后部区域CO2质量分数低于中部区域CO2质量分数,但座位区由于乘客密集,人体呼吸区污染物易聚集,CO2质量分数偏高;车内空气都从回风口排出,车室内中部污染物CO2质量分数严重偏高.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(041)005【总页数】5页(P2017-2021)【关键词】浓度场;温度场;气流组织;计算流体动力学;空气品质;CO2【作者】向立平;王汉青【作者单位】中南大学,能源科学与工程学院,湖南,长沙,410083;湖南科技大学,能源安全与工程学院,湖南,湘潭,411201;中南大学,能源科学与工程学院,湖南,长沙,410083;湖南工业大学,土木工程学院,湖南,株洲,412008【正文语种】中文【中图分类】TU111.19客车是人们出行的主要交通工具之一，人们在车内度过的时间越来越长。
目前，要求高速行驶的客车车厢内有很好的密闭性，车内环境主要依靠空调、通风系统维持。
据调查统计，约65%的驾驶员在驾车时会出现头晕、困倦和咳嗽等现象[1-2]。
车内污染可能是现代社会中人体健康的主要威胁之一，因此，创造舒适的乘车环境、降低能耗和运行成本具有重要意义。
人们对此进行了大量研究[3-12]，但大多是集中于对轿车的空气温度场及车内和外界热交换热辐射等进行研究，而对空调客车气流研究较少，对车室内CO2质量分数分布的研究更少。
空调列车室内三维紊流流场和温度场数值模拟
空调列车室内三维紊流流场和温度场数值模拟
李贵;朱壮瑞;孙蓓蓓
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2010(039)001
【摘要】基于计算流体动力学对某列车车厢内部的速度场与温度场的分布进行了数值模拟.采用稳态不可压缩雷诺平均N-S方程,紊流模型选择两方程模型,应用有限体积法计算了车厢内气固耦合传热问题.研究了送风方式和送风速度对空调列车室内流场的影响,以及送风温度对列车室内温度场的影响,为空调列车室内气流组织优化设计及舒适性研究提供依据.
【总页数】4页(P103-106)
【作者】李贵;朱壮瑞;孙蓓蓓
【作者单位】东南大学,机械工程学院,江苏,南京,211189;东南大学,机械工程学院,江苏,南京,211189;东南大学,机械工程学院,江苏,南京,211189
【正文语种】中文
【中图分类】TH12;TP391
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文章编号: 1005—0329(2004)12—0057—04铁路空调客车内三维湍流流动及温度场的实验研究高秀峰1,冯诗愚1,郁永章1,邓建强2(11西安交通大学,陕西西安 710049;21清华大学,北京 100084)摘 要: 空调铁路客车室内空气湍流场、温度场的研究是空调客车室内气流组织设计及车室内舒适环境评价与研究的基础,本文采用k—ε湍流模型,固体区域应用区域扩充方法,对空调客车室内三维空气流场与温度场分布进行了数值模拟研究,为空调客车室内舒适环境的优化研究提供了依据。
关键词: 数值计算;湍流;三维流场;温度场中图分类号: T U834 文献标识码: AExperimental Study on Three2dimensional Turbulent F low and T emperatureField in Air Conditioning T rain P assenger C abinG AO X iu2feng,FE NG Shi2yu,Y U Y ong2zhang,DE NGJian2qiang(11X i’an Jiaotong University,X i’an710049,China;2.Tsinghua University,Beijing100084,China)Abstract: Numerical simulation method for turbulent flow in windpipe is needed by designing windpipe in passenger train with air con2 dition unit.I t is als o a base for research of wind control in passenger cabin.By use a standard k—εtw o2equation m odel,the flow patterns in pipe and wind character out windpipe are provided.Finally the construct of windpipe is developed by the m odel.K ey w ords: numerical calculation;turbulent flow;three2dimensional flow field;tem perature field1 引言铁道部标准T B1951—1987对客车空调设计参数进行规定[1],提出:静止空载客车内同一水平面和同一铅垂线的最大气温差均不超过3K;客室内微风速,对于软座车、软卧车和硬座车,夏季不超过0.25m/s,其它车不超过0.35m/s,冬季不超过0.20m/s。
车内气流必须组织好,以保证车内温度的均匀性。
而国内铁道车辆生产厂对与气流组织有关或有影响的设备、构件的加工、安装布局仍依靠模仿国外或凭经验对待,这导致车室内部微风速和空气温度不均匀,个别车沿长度方向最大温差大于5℃。
车室内部环境状况较大的不均匀性会给旅客带来不舒适的感觉,也不利于空调机组的节能。
计算机模拟需用的时间和花费相对较少,并且能得到比较准确的结果,如果在车辆设计制造前对车室内部的气流组织进行计算机模拟,预测可能的流场、温度场的不均匀性,就能避免这种损失。
对铁道空调客车内部的流场和温度场进行数值模拟,国内还没有类似的工作。
本文对硬席座车进行了数值模拟,然后在青岛四方车辆研究所进行了硬席座车车室内部流场和温度场的实测,并进行了分析讨论。
2 物理模型空调客车车室内部结构复杂,空间大,阳光直射下影响客车室内的温度场分布,桌、椅、走廊等结构直接影响车室内空气的速度场分布。
本文以25K型空调客车二等座车为研究对象(见图1)。
收稿日期: 2004—03—08其几何参数:半个车室加走廊内长为11600mm ,车室内宽为2900mm ,车内净高为2575mm ,共有13排座椅。
风道位于车顶,车顶两侧各有一个条缝式送风口,回风口位于走廊车顶。
图1 25K 型空调硬座客车示意3 数学描述和边界条件为了简化问题,作如下假设:(1)空调车室内空气不可压缩且符合Bossi 2nesq 假设;(2)车室内空气流动为稳态湍流;(3)忽略固体壁面间的热辐射;(4)车室内空气为辐射透明介质;(5)不考虑漏风影响,认为空调客车室气密性良好。
在上述假设下,流动和温度变量的控制方程有:(1)连续性方程:5u i5x i=0 (i =1,2,3)(1)(2)运动方程:55x i (ρu i u j )=55x i [(μ+μt )(5u j 5x i +5u i 5x j )]-5p5x j(2)(3)湍流脉动动能方程:55x i (ρu i K )=55x i (μt σK 5K 5x i)+G -ρε(3)(4)湍流脉动动能耗散率方程:55x i (ρu i ε)=55x i (μt σε5ε5x i)+(c 1G -c 2ρε)εK (4)(5)湍流流动能量方程:5x i (ρu i T )=5x i [(μPr +μt σt )5T x i]+qc p (5)其中,紊流脉动动能产生项:G =μt (5u i 5x j +5u j 5x i )5u i5x jμt =c μρK 2ε经验系数c μ,c 1,c 2,σK ,σε,σt 的取值见文献[2]。
(1)进口条件x 向速度:取u =0;y 向速度:按实测的速度选取;z 向速度:在整节风道长度上按风道送风口计算值的平均值选取;温度:取平均的入口温度条件;湍流脉动动能K 取平均入口流速下的单位质量动能的1%;耗散率μt 按ρu L/μt =500计算,再按式ε=C μρK 2/μt 来确定(式中L 为送风口定性尺度)。
(2)出口边界条件x 向及z 向速度:采用充分发展的边界条件;y 向速度:采用局部质量守恒的边界条件,同时还必须满足总体质量守恒;温度及湍流脉动动能和耗散率:采用充分发展的边界条件。
在固体边界上,作为对流项中的流速取:u (i ,j ,k )=v (i ,j ,k )=w (i ,j ,k )=0作为所求解的变量,u ,v ,w 的边界条件需要按照壁面函数法处理;能量方程中的T (i ,j ,k )取实测的固体壁面温度,能量方程组因此而封闭,需要按照壁面函数法处理。
4 数值计算考虑到求解的区域中气2固界面物性发生阶跃性的变化,为了避免在同一控制容积内的物性发生突变,采用区域离散方法B ,为了较好地逼近复杂的几何形状,采用了非均分网格。
在壁面附近粘性支层中的流动与换热的计算可采用壁面函数法。
采用壁面函数法时,湍流流核中采用高Re 数k -ε模型,而在粘性支层内不布置任何节点,把第一个与壁面相邻的节点布置在粘性支层外的旺盛湍流区域内,高Re 数k -ε模型结合壁面函数法能节省内存与计算时间,具有工程实际意义。
在流体与固体区域耦合问题的数值计算中,把固体作为一种具有非常大粘性的特殊流体来处理,是经过区域扩充的“流体”区域。
在整个计算区域内部的扩充区域边界上,需要对真正的流体场的计算实施壁面函数法。
在计算程序中也相应地设置一个模块专门处理与固体壁面相邻的流体控制容积界面系数。
5 数值计算结果与实验结果通过数值计算得到车厢内气流温度场及流场,如图2～5所示。
图2 温度场示意x 1客车长度方向;y 1客车高度方向;z.客车宽度方向图3 流场示意(x=0～4m )图4 第一座椅区间横截面测点微风速分布图5 第一座椅区间横截面测点温度分布图2为车厢内不同高度方向的温度分布情况,图3是在不同高度下的流场分布,图4,5是车厢第一座椅区间横截面上实测的温度和风速。
具体分析如下:(1)在车室内部靠近围护结构以及桌、椅等壁面处,由于对流换热作用,空气有较大的梯度。
车室内部固体结构比较多,固体区域对周围空气对流换热的影响区域比较大,另外在桌、椅下部等区域,由于空气流动有阻滞,热空气流动减缓,导致空气温度高于车室上部大空间的温度至少2℃,而此区域恰为乘客活动主要区域,对乘客的冷热感舒适性不利。
而且越偏离走廊,这种“热滞”现象越明显,在左右两排桌、椅之间的走廊区内,由于空气流动通畅,上述现象不明显。
(2)在车室上部送风口处,低温送风与空调区域内的空气形成局部诱导流动:低温风在下沉的过程中,带动周围的诱导空气混合,并一起向下运动,迫使稍远一点的空气流过来,补充诱导空气。
这种流动可以有利于避免下部乘客区内的乘员产生吹冷风感。
(3)通过计算,发现在乘客区(椅高度1.2m )以上,有超过一半的从送风口进入的新鲜空气流动,没有进入乘客区,构成新风“短路”现象。
这是此种送风方式的一大弊病,不仅浪费了能量,而且不能起到空气置换通风,改善乘员区空气品质的作用。
(4)观察车室下部乘客区的空气流动情况。
在桌、椅下部空气流动稍有阻滞;在桌、椅上部空气流动状况尚可;空气有序流向走廊并向车厢两头过道回风口处流动;而桌、椅下部空气被椅子和两椅间气流“隔断”,与上层空气交换并不明显,而保持在椅下和走廊下层流动。
由于这种流动不会把下层的多灰、污染的空气扬起,有利于提高舒适性。
(5)在车室上层空间,由于不属于乘客活动区,而且靠近低温新风送风口,空气温度、空气品质都比下层空间乘客区好,没有充分利用该区域,造成较大的浪费。
理想的情况是:在乘客区形成空气舒适性的各种指标最高,在上部非乘客区的空气指标可以略微降低。
目前的这种气流组织难以实现这个目标。
(6)除最低的两个测点,其它高度测点微风速速率沿高度方向从上到下依次减小。
可见乘客区上部空气流动在规定范围之外,新风交换量比较大,为气流“短路”一说提供了依据。
而最低的4个测点高度的微风速速率比较接近,与乘客区桌椅结构迟滞影响有很大关系。
本实验数据分析结论与本文数值预测的气流组织相一致。
(7)由图可知,越靠近地板,温度分布越高,宽度方向,靠近壁面处温度高于车室内部靠近中心处的温度。
温度分布的这些实测数据与本文数值预测的趋势也一致。
参考文献:[1] T B1951—1987,客车空调设计参数[S]1[2] 陶文铨1数值传热学[M]1西安:西安交通大学出版社,19881作者简介:高秀峰(19722),男,博士,讲师,主要从事各种容积型流体机械及压缩式制冷装置和机械的研究工作,通讯地址: 710049陕西西安市西安交通大学环境与化学工程学院过程装备与控制工程系。
(上接第80页)题目名称期页氨/水混合物管内强制对流沸腾换热计算862全热交换机组试验方法的探讨866关于R407C用于替代R22的研究869蓄能和热水器复合空调器冬季运行试验 研究945太阳能驱动吸附式制冷样机的实验研究949一种新型新风空调机组的试验研究952碳氢制冷剂热物理性质的计算955近共沸混合制冷剂R410A的研究进展960城市污水热泵在住宅供热中的应用965制冷压缩机制冷量的测定及其不确定度 分析969上海嘉华中心暖通空调设计973多泵并联空调水系统的技术经济分析1038壳管式蓄冰槽蓄冷特性的试验研究1042空气制冷机在飞机空调系统中的应用1046具有精馏装置的自动复叠制冷循环的试验 研究1050家用中央空调机组用蒸发式冷凝器的开发1053空调系统冷凝热回收石蜡基相变材料的 实验研究1057合空气空调送风方式的探讨1060地下水源热泵代替燃油锅炉供热的经济性 分析1064题目名称期页一种小型工业空调的故障分析与改进1066汽车尾气废热驱动的金属氢化物空调1146间接蒸发冷却器热工计算数学模型及验证1150无翅片椭圆不锈钢波纹管管束空气冷却器 的研究1154溴冷机鼓泡式低压发生器的传热性能研究1157立式敞开式制冷陈列柜主要结构参数的 合理选择1159多点射流送风在现代办公室空气调节中的 应用1162空调冷凝水节能分析与利用1166冷冻水冷设备水垢的预防及处理1169太阳能冷管吸附制冷的实验研究1254铁路空调客车内三维湍流流动及温度场的 实验研究1257某银行办公楼全空气空调系统测试与诊断 分析1261混合工质变容量调节技术及其应用1264一种适用于冰蓄冷空调系统的全年逐时 负荷计算方法1269一种新型热管间接蒸发冷却器的分析1272分置式斯特林制冷机热力动态过程仿真的 研究1275。