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1、摘 要 随着我国铁路第六次提速，旅客对空调列车的舒适性提出了更高的要求。以往空调车内气流组织仅凭经验进行设计, 然后用实验改进的方法来调整送风口位置及尺寸, 既费时又耗费大量的实验费用1。在实用流体力学方面，采用通用的CFD（Computational Fluid Dynamics-CFD)商业软件完成工程上的一些流体力学问题，有极其广泛的应用前景。本文采用流场分析软件 FLUENT 对空调硬座车厢内气流分布进行数值模拟，首先运用 GAMBIT 软件建立空调硬座车三位计算模型，定义边界类型，在 FLUENT 软件中选择计算方法，对计算结果进行后处理，获得车厢内速度场和温度场的直接信息，对原始空
2、调设计方案进行评估。其次，对改变模型的网格数，分别取网格大小60mm、70mm、80mm，通过计算机模拟计算，得出网格大小取 60mm 时较合理；改变空调进风口的位置，对风口位置距车厢中心线 425mm 和 525mm 对称分布的方案进行分析对比。从而得出取通风口位置距车厢中心线 425mm 对称分布、网格大小为 60、网格数量为 92 万，是比较优越的空调通风进风口方案。本文工作对空调硬座车空调方案的设计提供了有力的技术支持。关键词：关键词：空调系统 载人列车 CFD 数值模拟 气流分布 ABSTRACTWith the speed of the sixth time passenger t
3、rain comfort air conditioning put forward higher request. But the current air conditioning air quality and the passenger train expectations still have a margin, main performance in key parts air age is longer, the influence of the passenger comfort. In the air before air distribution with only exper
4、ience with experimental design, then the improvement method to adjust air ports position and size, was slow and spend a lot of experiment expenses. In practical Fluid mechanics, the general Dynamics (CFD Computational Fluid-CFD) commercial software completed on some of the Fluid mechanics problems,
5、have extremely broad prospect of application. In this article, the flow field analysis software FULENT to air conditioning hard seat air distribution in carriage, a numerical simulation software is built the first use of GAMBIT air conditioning hard seat three calculation model car, definition, type
6、s in FLUENT software border select calculation method, the results calculated post-processing, get the compartment velocity field and temperature field of information, the original direct air conditioning design scheme for the evaluation. Next to change the model number of the grid, were taken 60 mm
7、, meshing size 70 mm and 80 mm, through the computer simulation results show that the grid size take 60 mm in a reasonable; Change the position of the air conditioning wind path, draught position about car 425 mm and 525 mm lines in the distribution of the symmetrical solutions are analyzed. Conclud
8、ed that take place about 425 cars centerline vents symmetric distribution, grid in mm size for 60, quantity for 920000, is more superior air conditioning ventilation wind path plan. This paper work to air conditioning hard seat of the car air conditioning scheme design provides a powerful technical
9、support. Key Words: Air-conditioning system Passenger train CFD Simulation Air distribution 目 录第一章第一章 空调系统概况空调系统概况 11.1 我国空调系统现状及其发展.11.2 空调的发展和前景.11.3 载人列车暖通现状.21.4 室内空气品质及影响因素.21.4.1 室内空气品质评价.21.4.2 影响因素.31.4.3 本设计对空气品质的评价标准.3第二章第二章 计算流体力学概述计算流体力学概述 42.1 什么是计算流体力学.42.2 计算流体力学（CFD）的发展应用及特点42.2.1 计算
10、流体力学的发展.42.2.2 计算流体力学的应用.62.2.3 计算流体力学的特点.62.3 CFD 的求解过程.7第三章第三章 CFDCFD 软件软件 FluentFluent 基本简介基本简介83.1Fluent 软件的基本特性.83.2 Fluent 的程序结构83.3Fluent 程序可以求解的问题.93.4 用 Fluent 程序求解问题的步骤.10第四章第四章 建立空调硬座车厢模型及划分网格建立空调硬座车厢模型及划分网格 .114.1 物理建模114.2 网格划分114.3 定义边界和区域124.4 生成 MESH 文件及储存.13第五章第五章 利用利用 FluentFluent
11、进行仿真计算进行仿真计算 145.1 输入与检查网格145.2 选择求解器145.3 定义材料155.4 定义边界条件155.5 求解初始化165.6 设置监视器175.7 保存 case 文件.175.8 求解计算175.9 保存计算结果18第六章第六章 进行后处理及调整网格进行后处理及调整网格 .196.1 计算结果的后处理196.1.1 创建等值面196.1.2 绘制温度分布图和速度矢量图196.2 分析网格对计算结果的影响20第七章第七章 分析风口位置的的影响分析风口位置的的影响 .29谢谢 辞辞 .35参考文献 .36第一章 空调系统概况1.1 我国空调系统现状及其发展进入 90 年
12、代以后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛的应用空调，空调技术已成为衡量建筑现代水平的重要标志之一。90 年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，蓄冷空天技术提到了议事日程。近年来，由于能源结构的变化，促进了吸收式冷热水机组的快速发展，以及热泵技术在长江中下游地区的应用。随着生产和科技的不断发展，人类对空调技术也进行了一系列的改进，同时也在积极研究环保、节能的空调产品和技术，已经投入使用了冷蓄空调系统、燃气空调、VAV 空调系统、地源热泵系统等等。暖通空调技术的发展，必然会受到能源。环境条件的制约，所以能源的综合利用、节能、保护环境及去向自然的舒适环境必然是今
13、后发展的主题2。1.2 空调的发展和前景（1）变频空调的发展变频空调是目前空调消费的流行趋势。它与一般空调比，有着高性能运转、舒适静音。节能环保、能耗低的显著特点，它的出现改变了人们的生活质量。日本作为变频空调强国，从 20 世纪 80 年代处开始到现在，变频空调已占其空调市场的 90%左右。变频空调在我国发展速度相当快，不到 8 年时间就达到与日本先进水平同步。进入 2000 年，国内个别企业将直流变频压缩机的优越性充分发挥，更能利用数码特点，准确提高能效，达到节能 51%的目的。 （2）无氟空调的发展臭氧层破坏是当前全球面临的重大的环境问题之一，由于以前空调业所采用的传统制冷剂对臭氧层有破
14、坏作用及产生温室效应，对大气造成破坏，因而无氟空调是众所期待的产品。近年来以海尔空调为代表的无氟空调的出现，标志着无氟空调时代的来临。 （3）舒适性空调的发展健康是空调发展的主题之一。以前的空调采用了多种健康技术，如负离子、离子集尘、多元光触媒等，这些技术的运用使空调产品的健康性得到了极大提升。海尔空调把负离子、离子集尘、多元光触媒。双向换新风、健康除湿等领先技术在内的高科技手段组合起来使用，发挥了巨大的威力，而未来空调进步的一个方向也就是对各种技术的灵活使用。空调气流的舒适度是健康空调的另一个标准。传统空调的送风放肆简单直吹人体，易引起伤风、感冒、头痛、关节痛等不舒适状态，因此新推出的风可以
15、从周围环绕，而不是对人体直吹，通过改善空调送风的气流分布，令人感觉更舒适的空调环绕立体送风、三维立体送风的健康空调成了热销产品也就不足为奇了3。1.3 载人列车暖通现状我国客车空调起步较晚。在无强迫通风客车及空调客车以前，客车通风只能处于自然通风状态，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。自从 20 世纪 80 年代开始，铁路空调才得以迅速发展，目前我国铁路客车普遍采用车顶单元式空调机组。通过近几年的应用实践表明，该空调机组基本上能满足夏、冬两季的供冷和供热要求，为旅客提供了舒适的乘车环境。但与世界先进国家相比，无论是技术还是工艺方面，我国
16、铁路客车空调仍然处于相对落后状态。国内对于空调列车内气流组织的研究是近几年才兴起的, 研究了高速列车驾驶室和旅客车厢内的气流分布, 并与射流的经验公式进行了比较;利用湍流双方程数学模型研究了铁路客车硬座车厢内的气流组织, 并与车厢内的温度分布的实测值进行了对比;对铁路空调客车内风道三维湍流流动特性进行了数值研究, 并对车厢内场、温度场进行了数值模拟和实验研究; 对铁路空调硬卧客车内气流的温度场和速度场进行了数值模拟, 并分析了车厢内气流组织的平均空气龄; 采用 SIMPLE 算法对空调硬卧车内空气三维湍流流动与传热进行了数值模拟, 研究了送风方式和送风速度对车厢内流场的影响, 并 PMV-PD 指标对车厢内人体热舒适性进行了研究；利用 CFD 仿真与实验研究相结合的方法对高档软卧车夏季工况下包厢内空调系统的气流分布和温度场进行了分析, 针对高档软卧车的特点提出了空调系统的两种优化方案, 并对优化方案进行仿真和分析；基于 k - e 两方程模型,利用 PHOENICS 软件对列车车厢空调各种气流组
