毕业论文
题目：___________________________
院校：___________________________
专业：___________________________
年级: ___________________________
姓名: ___________________________
目录
摘要…………………………………… 前言…………………………………… 1客车空调通风主要包括以下内容………………1 2课题的目的和意义………………………2 3国外客车空调系统的特点………………3 4国外客车空调系统的特点………………4 5我国列车空调通风的发展概况…………5 6原有送风道及风口简介…………………6 7静压送风道及风口的发展………………7
8结束语……………………………………8
9参考文献…………………………………9
【摘要】 地铁客车空调通风主要包括以下内容：送风形式，送风道及送风口的结构、尺寸，送风道及送风口的阻力与空调机组送风机的合理匹配，低阻力均匀送风风道及送风口，送风口送风速度、出流角度、车内微风速、车内风速场、温度场的均匀性、车内气流组织状况及客车空调通风测试方法、测试装置等等。从总体上来看，我国对于地铁客车通风空调的研究和人们对客车舒适性要求极不协调。其研究工作基本上还没有展开，而且存在很多问题。本文利用计算流体力学软件对地铁A型车通风系统各个部分模型(车体模型,风道模型,回风腔模型)在不同工况下的温度场和速度场进行了数值模拟, 针对目前地铁车厢内气流组织方面存在的问题，就其所涉及的送风参数、送风角度、风口尺寸、位置、型式以及气流组织等方面定性地进行了比较分析,考察了不同截面的温度场、速度场的分布情况，为车厢内气流分布的优化设计提供依据。
【关键词】 均匀静压送风道气流组织数值模拟CFD标准k- e湍流模型
【Abstract】
【keyword】
目录：
第1章 绪论
1.1 课题的目的和意义
随着人类文明的进步和工业的发展，在近十年空调客车的发展有目共睹，双层客车、空调客车、地铁车辆、磁悬浮列车。快速列车的比重大幅度提高。旅客列车正向高速化、舒适化方向发展，旅客空调列车逐年增多。客车的高速化、舒适化对客车的空调通风系统提出了更高的要求。客车车内环境的舒适程度直接关系到旅客的旅行生活质量。人民生活水平的不断提高，使人们对车内生活环境的要求也越来越高，这就要求不断提高客室的舒适性。就舒适性而言，除去车辆振动、照明、客室内夏季制冷和冬季采暖效果等影响因素外，客室内的微风速、速度场的均匀性、室内气流组织状态、高速车车内外压力变化幅度、通风系统噪声等也是至关重要的参数，而这些参数主要取决于空调客车车辆的空调通风。
改革开放以来，我国空调客车发展迅速，初期，人们主要重视空调机组的质量和空调效果，只满足于空调机组能正常工作、客室内能够升温和降温。现在，随着上述问题的逐步解决，人们开始重视车内舒适性，该问题需通过设置良好的客车通风装置来解决。客车空气调节的研究己成为暖通空调专业人员的迫切任务。与普通客车相比，地铁车辆无论是速度还是设计结构都有较大的区别，因此只有针对地铁车辆的实际情况设计研制适宜的空气调节系统，才能保证客车内达到所要求的空气参数和空气品质，为旅客提供舒适的旅行环境，而且目前，国内对于空调通风系统的研究主要集中于民用建筑、工业建筑和公路空调客车，对于地铁车辆空调通风问题的研究目前还处于初级阶段，地铁车辆空调系统的设计主要是借鉴民用建筑空调系统设计理论。因此，深入地研究地铁车辆空调车厢内的速度场和温度场，创造舒适的乘车环境以此来降低能耗和运行成本，不仅具有深刻的研究价值而且具有重要的经济意义和社会意义。就目前而言，国产地铁车辆的空调环境却不甚理想。我国客车通风起步较晚，在无强迫通风客车及空调客车以前。客车通风只处于自然通风状态，夏季是靠开窗、车顶风扇及自然通风器进行换气。冬季则全靠自然通风器换气。所以车内空气品质极差。改革开放以后，铁路空调及通风才得以迅速发展，但与世界先进国家相比，仍然处于落后状态，特别是
客车通风作为空调的一部分还没有被充分重视。因此，需要后辈的暖通空调专业人员付出辛勤的劳动，不断努力，设计研究出我国自己的地铁车辆的通风系统。
1.2 国外客车空调系统的特点
综合来看，国外客车空调系统有以下一些主要特点:
A 重心低，质量小
法国、德国等高速列车发达的国家，单元式空调机组普遍安装于车下，以降低车辆重心，提高运行速度。同时，选用重量轻、体积小的滚动转子式制冷压缩机取代活塞式压缩机，并注意外形与车辆横断面相吻合。
B 车外压力适应性强
为了减少车外气压波对车内的影响，国外客车采用了以下措施:⑴进排气口均设在外气的正、负压和涡流区外。⑵排水系统采用水封措施。⑶采用具有较好稳流性能的高压进、排风机，在压头有较大变化时风机流量变化不大。⑷加装间歇或连续作用式的进、排气控制阀，以便在车外压力发生变化时调节进、排气口工作状态，防止车内空气压力变化过大，保持在30Pa的正压;同时又可以保证新风机、排风机与冷凝风机的电机正常工作。
C 布置设计合理
为了节省车内空间，空调系统的设计及布置均重点考虑与车体安装的配合。如日本的30系高速客车利用窗柱空间作为空调风道,不占用客室空间。
D 设备技术含量大。
如日本空调客车大量采用涡旋发动机，其具有运动部件少、振动小、噪音低、耐磨损等优点，因而运行可靠，寿命长。采用变频、变压调速，调频范围40-80Hz，压缩机不需频繁启动，延长了压缩机的使用寿命，并可以达到节能效果。另外，日本客车上安装了微机控制系统，它将车内温度、湿度、太阳辐射热、车内定员、门的开度大小等各种参数通过传感器输入微机，处理后发出指令，使冷、热量和风量的大小获得最佳控制效果。
1.3 我国列车空调通风的发展概况及研究现状
1.3.1 我国列车空调通风的发展概况建国初期,我国列车通风采用自然通风器，1959年前为格兰德式(仿日本)，以后为Hecuohon切斯诺柯夫式(仿苏联)。自然通风器置于车顶，换气量小，在春、夏、秋季节主要靠开窗通风换气;但在冬季，换气量明显不足，特别是列车超员时，车内空气品质恶劣。
50年代后期至60年代期间，有些厂家在保留自然通风器的基础上，在某些车型上(如餐车及软卧车)尝试安装了机械强制通风装置，通风机采用离心风机，在列车端一侧的门上方设置新风口及过滤网，通过主风道和送风口将外界空气送入客室内。主风道为木制，截面是矩形，沿长度方向开若干个送风口。
70年代后期，我国列车开始小批量安装空调装置，列车通风也随之发展。当时在硬座、软座、软卧及餐车上普遍采用车顶中央风道，沿长度方向均匀设置10 ~12个风量可调节的送风口;硬卧和双层客车由于受空间限制，采用高速诱导通风，诱导器布置在车窗下方，紧靠侧墙。
到 80 年代后期，空调列车超过千辆，送风形式较多，主要是等截面车顶中央风道下送式及车顶中央双风道下送式2种，也有少量的变截面车顶中央双风道下送式，有些车因结构限制采用了地板两侧风道下送式及地板单侧诱导上送式。送风口的型式也多种多样，主要是散流器和多孔板。
经实验，采用上述通风形式时，多数车辆的温度均匀性不满足规定的要求(
为解决上述问题，铁道部四方车辆研究所于1989年承担了中国铁路机车车辆工业总公司下达的空调列车均匀送风道及送风口可行性研究的课题。以后又研制出静压送风的条缝式均匀送风风道及送风口。该风道由中央主风道和静压箱风道组成，其断面形状近似为矩形，在静压风道的底部或侧部开有纵向条缝式送风口，该送风形式取消了风量调节装置，风道阻力小，利用静压送风原理送风均匀。几年的运行考验，证明该送风形式送风效果好，达到了均匀送风的目的。1992年四方机车车辆厂和长客厂在其研制的准高速一等、二等车上首次采用了静压送风风道，1993年在铁道部科学研究院环形道上进行了准高速车的空调运行实验，结果证明，装有静压送风风道的客车送风均匀，客室内的温度均匀性满足规定要求。通过几年的不断改进、.3.2 研究现状
在我国，列车空气调节系统主要采用集中式空调通风系统和分散式空调通风系统，但是对其的研究很不系统。列车的通风空调系统只是根据建筑通风空调系统的有关规范进行设计研制，没有系统考虑列车运行特点和运行工况，因此存在很多问题。同一型号列车的空调通风系统差别很大。这主要是由于列车厂家分散设计，设计图纸不统一，各厂家选择的空调设备也多种多样。往往没有认真进行风道的阻力计算和实验，致使送风量不能满足要求。风量大的车内微风速超标，风量小的不能满足车内的空调负荷要求;同时车内空气品质及舒适度也较差。采用一般现有风道的大部分列车，因其送风口风量不均匀，造成客室内温度场不均匀，不能满足铁道部的标准规定。有些新的列车的空调通风系统的设计考虑不周全，只重视工艺及美工设计，使空调通风系统结构复杂，沿程阻力较大，与空调机组匹配后，改变了空调机组的工作点，造成通风量偏小，空调效果不理想。而且，迄今为止所有国产空调列车都没有进行过空调通风系统的通风性能实验，对各型列车的通风系统阻力、送风均匀性及客室内气流组织状况等均未进行过系统的研究，因而在进行空调通风系统的改进设计时没有可参考的实验数据。对于客车通风空调系统噪声研究没有系统的实验，对车内的空气品质也没有进行过系统的考虑和研究。
对于现有装置在列车上的空调通风系统所出现的问题进行的局部研究方面，我国科技人员取得了一些重要成果。北京航天航空大学有关学者对铁路客车的室内温度场、流场、污染物浓度场进行了数值模拟;铁道部四方车辆研究所孙相业、王书敖等人结合我国铁路客车空调的发展，总结了我国客车空调通风系统存在的问题，并针对客车送风均匀性问题进行了一系列研究，取得了一些重要成果;另外长沙铁道学院学者对客车空调通风系统也进行了一系列研究。
从总体上来看，我国对于列车通风空调的研究和人们对客车舒适性要求极不协调,其研究工作基本上还没有展开，而且存在以下一些问题:
A 送风道结构较为复杂，沿程阻力大，与风机不匹配，送风量偏大或偏小; 各风口调节机构的调节性能由于各种原因不能发挥作用。
B 送风口送风量不均匀，造成客室内温度场不均匀，客室内温差超过有关标准。
C 客车内由于送风不均匀性等影响，使得微风速严重超标。
D 由于送回风装置的型式和布置不合理等因素，使得车内气流组织不合理，车内舒适度较差。 E 送风道两端的送出气流流量受送风口、进风口的影响较大，容易造成送风量前小后大，甚至在前端会形成负压区，两端舒适度明显降低。
F 送风道型式单一，大部分为车顶中央风道下送风风道，不能适应我国高速列车发展的需要。 G 通风系统适应性差，调节性能差，不能满足负荷变化较大时车内送风要求。
H 缺乏系统的行业设计技术标准及具体的检测规则和方法，缺适应新形势的新标准。
1.4 送风道及风口简介完善，条缝式1.4.1 原有送风道及风口简介
随着空调列车的不断发展，车内的送风道形式也不断改进。原有的送风道形式单一，主要为单一车顶中央风道等截面下送风，风道体上开设10~12个送风口或20~24个小送风口，并在每个送风口处安装风量调节板。此种风道由于受风道内静压的影响，一般前端出风量少，后端出风量多，送风极不均匀，而送风性能的好坏直接影响车内温度场、湿度场、速度场的均匀性，进而影响车内乘客的舒适度。为了解决这个问题，送风道形式在不断改进，1991年由四方车辆研究所研制出了静压送风的条缝式均匀送风风道及送风口后，出现了多种形式的利用静压原理送风的等截面风道，即在静压箱箱体上开设连续条缝口或若干个条缝口直接送风到客室，也可在条缝口处接支风道间接送风。利用静压原理送风的等截面风道己被许多厂家应用在提速车或高级公务车上。经多年的应用证明，装有静压送风风道的客车送风较均匀。通过不断改进，静压送风风道的设计和应用技术日趋成熟，但在风道结构上仍有需要进一步优化、完善的地方.1.4.2 静压送风道及风口的发1.4.2 静压送风道及风口的发展
以往的静压送风道由于送风风道断面受车顶空间限制，静压箱断面不能设计得太大，这就给进入静压箱内的空气进行压力平衡带来一定困难。若静压箱内不加隔板，那么进入静压箱的空气动压不能有效地转换成静压，会沿静压箱的纵向形成一定的空气流速，造成静压箱的前部空气向后部流动。其结果是静压箱内前部送风口的送风速度和送风量明显比后半部风道小，即由前向后逐渐增大。所以，必须在静压箱内沿纵向均匀设置若千个隔板。其隔板面积要比静压箱横截面面积小，这样，既可防止静压箱内前部空气过多地流向后部，又不妨碍空气的静压平衡作用，较好地改善了空气在送风口处的出流角度(理论上希望垂直出流).
但是由于主风道内四壁光滑，该风道的沿程阻力与局部阻力损失较小，在这种状态下送风，既使静压箱内设有隔板，前部风道的送风速度和送风量也偏小。铁标1951一87，客车空调设计参数规定，低速通风系统送风风道内的风速为5m/s-8m/s。静压送风风道中主风道的截面面积通常是按8m/s左右的最大流速来确定的。空气从主风道流入静压箱的实际速度是2个方向速度的合成，即空气动压产生的速度，方向为风道纵向(由前向后) 和空气静压产生的速度，方向为横向(垂直于纵向，从主风道到静压箱)。其流速与风道纵向夹角的正切为垂直速度与纵向速度的比值。其夹角沿着风道纵向由前向后逐渐增大，到后面几节风道基本接近垂直入流。若风道阻力较小，在主风道的最前端，由空气静压产生的垂直速度也相对较小，而此时的纵向速度最大(8m/s)。在设计计算静压送风风道时，通过主风道送风口的平均风速通常按3m/s左右考虑，垂直速度最大不会超过8m/s。也就是说，在主风道最前端，空气入流的夹角小于45°。所以，尽管静压箱内设有隔板，但由于主风道内前端的空气入流到静压箱的角度较小，使进入静压箱内的空气较容易沿着静压箱流到后部，而且又没有其他空气来弥补，因而造成前端风道送风口的送风速度和送风量偏小。为改变这种现象，通常在主风道前部适当距离内加2块至3块高度适中的挡流板，以增加前部主风道内的空气静压力，使得主风道前端的空气进入静压箱时，入流角度大一些，进入的空气量也就相对多一些。
1.5 本论文主要工作展静压送风风道1.5 本论文主要工作
国内目前对房间气流组织，两相流等的数值模拟很多，但针对地铁车辆通风系统的数值模拟
不多，本文希望能对地铁车辆通风系统的数值模拟做出一些有价值的探索。本文选取上海地铁A型车为研究对象，风道、车体、回风腔等几何模型的建立是在FLUENT的前处理软件GAMBIT中进行的。计算模拟部分采用的是FLUENT6.0计算商用软件。本文主要工作如下：
A 根据图纸上的尺寸参数，在FLUENT前处理软件GAMBIT中完成各部分建模和网格划分工作。
B 确定计算域和边界条件和运算模型，导入FLUENT软件。
C 通过选定合适的物理模型和计算工况，计算出各部分模型的内部流场和温度场。
D通过改变各部分模型的主要结构参数（如：进、出风口尺寸，风口位置等）和输入参数（送风速度及角度等），计算出不同工况下各部分模型的速度场和温度场以及压力变化,将计算结果与设计要求作比较，分析这些参数对地铁A型车的通风系统的影响，从而研究出最优化设计，并对地铁车辆空气通风的效果做出相应的预测已基本解决了送风不均匀的现象。
