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A型地铁客室气流组织仿真分析及试验

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  摘 要:文章以某A型地铁车辆空调通风系统为例,通过仿真计算和模型车试验验证对A型地铁空调通风系统进行优化设计,保证客室气流组织的均匀性,为A型地铁车辆空调通风系统设计提供参考。
  关键词:A型地铁;空调通风系统;仿真计算;试验
  前言
  随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对地铁车辆车内舒适度提出了更高的要求。车辆空调通风系统是车厢内空气温度、湿度及洁净度的重要调节系统。对于地铁车辆,由于大多数乘客处于站立状态,头部更接近顶部出风口,在送风系统设计不合理时易导致乘客产生吹风感,影响车辆乘坐舒适性。
  基于此,针对A型地铁车辆特点,以一种典型的A型地铁车辆的空调通风系统为例,通过仿真和试验的方法,对A型地铁车辆客室气流组织进行了优化研究。
  1 系统配置及基本参数介绍
  某A型地铁每辆车顶端部分别布置两台客室空调机组,送风道布置在顶板上部两侧,回风道布置在机组下方,每辆车的送风量不少于10000m3/h,新风量不少于3200m3/h。参照TB1951-1987《客车空调设计参数》设计送回风道及送回风口大小:(1)送风道内风速
  (5~8)m/s;(2)回风道内风速(3~5)m/s;(3)送、回风口处风速1~3m/s。车内气流组织见图1。
  2 仿真计算
  利用计算流体力学(CFD)技术,根据实际的车体形状和送风形式,建立1:1的物理模型对车内气流组织进行CFD模拟计算,根据模拟结果对列车内各典型断面的风速分布情况进行分析,用以指导现场测试试验,有助于对试验结果的处理起到一定的指导作用,减少试验的工作量[1]。
  2.1 仿真建模
  本空调通风系统采用静压条缝式送风形式,送风道位于车内顶板两侧,回风口位于空调机组下方。
  根据车辆整体布置及空调通风系统形式,建立客室仿真模型,如图2所示。
  2.2 边界条件设定
  客室总风量为10000m3/h,将总送风量平均至客室各送风口,得每个送风口的送风风速,以此作为送风的边界条件;回风量为6800m3/h。
  2.3 仿真计算
  根据TB/T1675-2001《铁道客车空气调节试验方法》,在车内选取3个断面,分别为距车辆一位端端部1.69m、10.74m、19.52m,对应断面为1、2、3。断面如图3所示。
  将边界条件代入仿真模型进行计算,得到各断面速度场分布如图4~图6所示。
  在风道内不同位置设置通过率分别为50%、35%的网孔板,调整整车送风均匀性。调整后,总风量满足设计要求,各风口的风量基本平衡,满足设计要求。
  3.2 气流组织测试
  3.2.1 测点布置
  本试验中风速测量仪器主要由热式风速仪传感器探头、多通道气流分析仪、计算机等组成,如图8所示,该系统主要用于多点远程风速的测量。
  测试断面如图3所示。
  在每个断面上选取20个测点,分别对应人体坐姿时的头、肩、腰、膝、脚踝,人体站立时的头、肩、腰、膝、脚踝。测点在断面上的布置见图9、10。
  3.2.2 试验测试结果与分析
  送风均匀性调整完成后,对车内3个断面的微风速进行测试,每个断面20个测点的微风速如图11~图13所示。
  由图11~图13可知,各断面测点的送风风速比较均匀,满足车内平均微风速不大于0.4m/s的要求。
  4 结束语
  通过仿真计算、模型车试验对某A型地铁车辆空调通风系统进行了优化研究,保证了整车送风的均匀性,满足客室气流组织设计要求,为A型地铁车辆空调通风系统设计提供参考。
  参考文献
  [1]翟建华.计算流体力学(CFD)的通用软件[J].河北科技大学学报,2005,26(2):160-165.

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