A型地鐵客室氣流組織仿真分析及試驗(yàn)

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(jì)算和模型車試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)A型地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jì)提供參考。

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

前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)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(duì)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(jì)不合理時(shí)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(duì)A型地鐵車輛特點(diǎn)，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(yàn)的方法，對(duì)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(tái)客室空調(diào)機(jī)組，送風(fēng)道布置在頂板上部?jī)蓚?cè)，回風(fēng)道布置在機(jī)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(jì)參數(shù)》設(shè)計(jì)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(jì)算

利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)，根據(jù)實(shí)際的車體形狀和送風(fēng)形式，建立1：1的物理模型對(duì)車內(nèi)氣流組織進(jìn)行CFD模擬計(jì)算，根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)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(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)，有助于對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的處理起到一定的指導(dǎo)作用，減少試驗(yàn)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(jī)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(gè)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(jì)算

根據(jù)TB/T1675-2001《鐵道客車空氣調(diào)節(jié)試驗(yàn)方法》，在車內(nèi)選取3個(gè)斷面，分別為距車輛一位端端部1.69m、10.74m、19.52m，對(duì)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(jì)算，得到各斷面速度場(chǎng)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(jì)要求，各風(fēng)口的風(fēng)量基本平衡，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 氣流組織測(cè)試

3.2.1 測(cè)點(diǎn)布置

本試驗(yàn)中風(fēng)速測(cè)量?jī)x器主要由熱式風(fēng)速儀傳感器探頭、多通道氣流分析儀、計(jì)算機(jī)等組成，如圖8所示，該系統(tǒng)主要用于多點(diǎn)遠(yuǎn)程風(fēng)速的測(cè)量。

測(cè)試斷面如圖3所示。

在每個(gè)斷面上選取20個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)人體坐姿時(shí)的頭、肩、腰、膝、腳踝，人體站立時(shí)的頭、肩、腰、膝、腳踝。測(cè)點(diǎn)在斷面上的布置見圖9、10。

3.2.2 試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與分析

送風(fēng)均勻性調(diào)整完成后，對(duì)車內(nèi)3個(gè)斷面的微風(fēng)速進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)斷面20個(gè)測(cè)點(diǎn)的微風(fēng)速如圖11～圖13所示。

由圖11～圖13可知，各斷面測(cè)點(diǎn)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(jì)算、模型車試驗(yàn)對(duì)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(jì)要求，為A型地鐵車輛空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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