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空调列车车厢内气流组织的数值模拟及节能改造

作　者: 杨大洋
导　师: 徐青
学　校: 华东交通大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 列车空调节能改造数值模拟
分类号: U270.383
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 62次
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内容摘要

随着我国经济的飞速发展,面临的能源与环境的挑战越来越艰巨,国家将节能降耗提到了一个更高的重视程度,而列车空调的节能在交通体系节能中占有重要的地位。另一方面,随着人们生活水平的提高,对乘车环境的热舒适性要求也越来越高。但在实际运行中,现有空调列车存在着能耗过高,车厢内空气品质差,温度、湿度及风速分布不均匀的现象,这就要求在进行研究时,要充分考虑节能和热舒适两方面的因素。由于列车空调特殊的运行条件,使得一些在建筑行业运用广泛的节能方法不能直接运用到列车空调的节能中,而需要从理论和试验两方面进行分析对比,验证其可行性及效果。为响应当前社会高舒适、低能耗的号召,对列车在实际运行中的实际空调负荷进行计算分析,在此基础上利用AIRPAK软件对列车在原始工况(最大制冷量)和变频工况(实际所需制冷量)两种运行工况下的车厢内气流组织进行数值模拟,通过对比分析发现当列车空调采用与实际运行负荷相当的制冷量时,可以在保证车厢内热舒适的同时达到节能降耗的目的。选择典型的空调列车(YZ25G 344871、YW25G 673188两节车厢)作为原型,在数值模拟的基础上,对列车空调机组进行变频改造,并对改造后的车辆进行跟踪运行测试,通过数据采集和现场调查的方式,对列车空调采用变频技术后的节能效果进行分析,结果表明在运行期间空调运行的节能效果达到了20%以上。将测试结果与数值模拟进行了数据对比,发现实际测量数据与模拟结果具有较好的一致性。而在实际运行中也发现,进行变频改造后,列车空调的安全稳定性得到了提高,并且很好的解决了传统手动控制模式下的滞后性和不稳定性问题,同时改善了车厢内温度时高时低,不能满足旅客需要的状况。由于目前列车通风系统设计不合理,造成送风不均匀,即各送风口之间风量风速相差很大,这就使得即使采用了变频调节以后,车厢内还是存在冷热不均的现象。因此在列车空调进行变频改造的基础上,利用数值模拟方法,对列车采用不均匀送风(各风口风量不等)和均匀送风(各风口风量相等)的两种工况进行模拟。结果表明,在均匀送风状态下,车厢内卧铺区域温度基本在24~27℃,风速≤0.3m/s,PMV值基本保持在-1~0这样一个比较凉爽的状态,而车厢内部温度和速度分布均匀性大有改善。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
主要符号说明  9-10
第一章绪论  10-19
  1.1 客车空调发展概况  10-11
    1.1.1 客车空调系统概述  10
    1.1.2 国内外客车空调的发展  10-11
  1.2 我国客车空调存在的问题  11-13
    1.2.1 系统设计问题  11-12
    1.2.2 空气品质问题  12
    1.2.3 空调系统能耗大  12-13
  1.3 客车空调节能及数值模拟研究现状  13-17
    1.3.1 客车空调负荷理论研究  13-14
    1.3.2 新风量的合理控制  14-15
    1.3.3 变风量系统的应用探讨  15
    1.3.4 变频技术的应用探讨  15-16
    1.3.5 空调客车内数值模拟研究  16-17
  1.4 课题研究的意义及目的  17-18
  1.5 本文的主要研究内容  18-19
第二章数值计算方法概述  19-25
  2.1 数值计算方法  19-22
  2.2 CFD 技术  22
  2.3 CFD 软件  22-25
    2.3.1 PHOENICS  23
    2.3.2 FLUENT  23
    2.3.3 CFX  23
    2.3.4 AIRPAK  23-25
第三章变频调节下的数值模拟  25-45
  3.1 研究对象  25-26
  3.2 列车空调负荷计算  26-28
  3.3 模型的建立  28-31
    3.3.1 几何模型  28-29
    3.3.2 数学模型  29-30
    3.3.3 网格的划分  30-31
  3.4 边界条件的确定  31-33
    3.4.1 入口边界条件  31-32
    3.4.2 出口边界条件  32
    3.4.3 壁面边界条件  32-33
    3.4.4 车厢内热源  33
  3.5 计算结果及分析  33-45
第四章列车空调变频改造及试验  45-54
  4.1 列车空调变频改造  45-50
    4.1.1 变频器  45-46
    4.1.2 传感器  46-48
    4.1.3 数据采集及控制器板  48-50
  4.2 列车空调运行试验  50-54
    4.2.1 能耗情况  50-51
    4.2.2 车厢内温湿度状况  51-54
第五章均匀送风状态下的模拟研究  54-70
  5.1 边界条件的设定  54
  5.2 计算结果及分析  54-61
    5.2.1 非均匀送风状态  55-57
    5.2.2 均匀送风状态  57-61
  5.3 热舒适及气流组织评价  61-70
    5.3.1 PMV-PPD 指标  62-66
    5.3.2 空气龄  66-70
第六章结论与展望  70-72
  6.1 结论  70
  6.2 后续工作及展望  70-72
参考文献  72-75
个人简历在读期间发表的学术论文  75-76
致谢  76

空调列车车厢内气流组织的数值模拟及节能改造

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