空调列车软卧包厢内置换通风热环境数值模拟①

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1、第２７卷第１期湖南科技大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．１２０１２年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｍａｒ．２０１２空调列车软卧包厢内置换通风热环境数值模拟①杨如辉，邹声华，张登春（湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭４１１２０１）摘要：采用Ａｉｒｐａｋ软件对置换通风下的空调列车软卧包厢内热环境进行三维数值模拟，得到包厢内流场、温度场、ＰＭＶ－ＰＰＤ和空气龄分布．根据人体舒适性指标（ＰＭＶ－ＰＰＤ）和衡量

2、空气品质的空气龄值，对包厢内气流组织和空气品质进行了预测和评价．研究表明：采用Ａｉｒｐａｋ软件，并基于ＰＭＶ－ＰＰＤ和空气龄的热环境数值预测和评价，具有全面、系统、直观的优点，为优化空调列车舒适环境和列车空调系统设计提供参考．关键词：空调列车；卧铺包厢；置换通风；热环境＋中图分类号：Ｕ２７０．３８３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－９１０２（２０１２）０１－０１２１－０５［８］旅客列车的高速化和舒适化已成为我国铁路发气龄的分布情况，并结合人体热舒适指标和空气展的主流，列车车厢内的空气品质也越来越受到人品质指标对包厢内热

3、环境进行了预测和评价．们的关注．合理的气流组织不仅可有效地改善乘客［１］１计算模型的热舒适性，也可有效改善车内的空气品质．目前我国空调列车软卧包厢内的通风方式主要是顶置１．１物理模型［２］中央孔板送风和两侧条缝送风，蒋文涛等探讨了以２５Ｔ型空调旅客列车软卧包厢为研究对象，置换通风在列车空调中的应用，对２５Ｔ型空调客车该车为钢结构车体，包间内定员４人，有４个铺位，软卧包间气流的温度场、速度场进行了模拟，指出置分为两２组，每组上下２层布置，每个包厢长为２．０换通风方式更适用于南方对采暖要求较低的区域车ｍ、宽为２．０ｍ、高为

4、２．５３ｍ．包厢窗户宽为１．０ｍ、辆，与传统的上部孔板混合送风方式相比，节能效果高为０．８ｍ，厢门宽为０．５ｍ、高为１．９ｍ．包间内下［３］铺距地面高为０．４３ｍ、长为１．９６ｍ、宽为０．７６ｍ，显著．刘文华以２５Ｔ型软卧空调客车为研究对象，对顶置混合通风、孔板送风和置换通风三种送风上铺距地面高为１．５６ｍ、长为１．８５ｍ、宽为０．７ｍ．方式分别进行数值模拟，得出各自的最佳送风参数，人体仰卧于铺位上，头部一致朝向厢门一侧，人体脚并对不同送风方式的模拟结果进行了对比，指出置步距离窗户侧０．０５ｍ，考虑到人体对气流的影响，

5、［９］换通风具有送风温度低，工作区热舒适性好，噪声参照《铁道客车设计手册》取人体尺寸参数为：身低，节能等优点．王利等［４］对铁路空调硬卧车厢内高为１．７ｍ，胸深为０．２ｍ，肩距为０．４４ｍ．包厢内温度场和速度场进行了数值模拟，根据计算结果分的小桌距地面高为０．７５ｍ，长为０．４ｍ，宽为０．６２５析了车厢内气流组织的平均空气龄．本文基于ｍ．包间采用窗户下侧送风，送风口尺寸为１．８ｍ×Ａｉｒｐａｋ软件［５］，采用ｋ－ε湍流模型，对置换送风下０．２５ｍ，距地面高０．１ｍ；排风口在包间门的上方，的空调列车软卧包厢内的热环境进行

6、数值模拟，计大小为１．８ｍ×０．１ｍ，距地面高为２．３ｍ．其物理模算得到了包厢内流场、温度场、ＰＭＶ－ＰＰＤ［６－７］和空型如图１所示．收稿日期：２０１１－０８－２２①基金项目：湖南省教育厅重点项目（０８Ａ０１８）；湖南省自然科学基金资助项目（１１ＪＪ６０３１）通信作者：邹声华（１９６２－），男，湖南衡阳人，博士，教授，主要从事工业通风、建筑环境方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｓｈ１９９０７４＠２６３．ｎｅｔ１２１１．４边界条件本文计算以列车夏季运行工况为计算依据，室外环境温度取３５℃，相对湿度６０％，单个包厢设计３３总送

7、风量为５００ｍ／ｈ，其中新风量为１００ｍ／ｈ．入口边界条件：送风温度为２１℃，送风口设在包间内靠窗侧面，速度为０．３ｍ／ｓ，ｋ＝０．００２，ε＝０００００８（ｋ为流体湍流动能，ε为湍流动能耗散率）；出口边界条件：回风口压力为环境压力，ｋ，ε为图１２５Ｔ型空调软卧包厢三维物理模型自由滑动；Ｆｉｇ．１Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆ２５Ｔａｉｒ－壁面边界条件：包厢内两端和厢门侧的壁面取ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄｓｏｆｔ－ｓｌｅｅｐｅｒｃｈａｍｂｅｒ为绝热面，车顶、地板及窗户侧的壁面的边界条件取

8、为第三类边界条件，根据ＴＢ１９５１－８７《客车空调设１．２假设条件［１２］计参数》标准取车体的综合传热系数Ｋ＝１．１６将软卧包厢内的空气流动视为一般室内空气流２Ｗ／（ｍ·Ｋ）；动进行研究，采用ｋ－ε湍流模型，并作如下包厢内热负荷：人体散热量按每人１１６．３Ｗ［１０］假设：计算．１）包厢内的气体为不可压缩流体，且满足２数值模拟结果与