关于列车空调系统的数值仿真研究

吴　坚,郭小玉（南车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东　青岛　266000）

关于列车空调系统的数值仿真研究

吴坚,郭小玉
（南车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛266000）

近年来，随着经济的发展，人们对生活品质的需求也愈发强烈，为了满足乘客在乘车时能有一个舒适，空气质量良好的乘车环境，人们在不断地完善和调节空气，并通过一系列的仿真实验研究出怎样改善空气流动，了解空调系统在实践中的运作。本文主要通过对空调系统的数值仿真研究，得出空气中的含湿量和人体散热量对列车温度影响结论。

空调系统；含湿量；散热量；数值仿真研究

对空气调节系统的重视非常重要，因为它对铁路客车有很大的辅助作用，它性能的好坏有可能直接影响到车内的空气质量以及旅客是否健康舒适。CFD这种技术虽然在暖通空调领域发展成熟，但在列车领域还有些不足之处，利用CFD这种技术来进行列车空调通风系统的数值仿真模拟研究，可以知道车内空气流动变化以及温度的分布情况，得出空调通风系统的不足之处，再来加以改进。最后，通过空气中含湿量以及人体散热量对温度的影响得出空调系统的数值仿真研究的结论[1]。

1　空调系统的概念以及种类

1.1概念

为了满足人们对室内的环境要求，改善室内气候条，用一种人为的方法，进行室内空气的温度、风度、湿度、含尘浓度的处理，使某些场所获得质量好的空气。换言之就是调节空气参数的一种机器设备。

1.2种类

（1）根据系统风量的固定情况划分：定风量系统、变风量系统。

（2）根据使用情况的不同划分：工艺性空调系统、舒适性空调系统。

（3）根据系统控制情况不同划分：一般空调系统、高精度空调系统。

2　建立空调模型以及模型所得值分析

2.1建立模型

由于此种工程的设备结构十分复杂，在实际操作中对于数值进行计算时，需要合理简化。对此，需要制作一个适用于空气流动计算的模型。分析空气流通道路至关重要，它影响着温度的分布，最后建立一个列车内空调主风的流动方向计算模型。

2.2原始模型的结果分析

实验分析表明，从列车的纵向方向开始，出风口的流量会逐渐增大，这是因为从进风口流进风道内的时候，气流会具有一定的速度，在流经车厢前部的入风口时，只有少量的气流能够通过入风口进入车厢内，这是因为惯性的原理；当气流块到达车厢尾部的时后，大部分气流都会集中在车厢的尾部，这是因为气流本身速度开始减小或者是因为风道壁的阻挡，因此造成车厢尾部的风高于进风口的风，出现了车厢末端的温度比车厢前端的温度低．这是由于车厢内的温度不均匀分布造成的，这也就说明此了这个列车风道设计是不合理的。

2.3修改后模型的分析

根据原始模型所得结果进行了改进，分别对车厢顶部入风口结构的改进制作出不同方案，并且把得出的结果进行对比，最终选出最适合的空气调节模型。

3　空气含湿量对温度影响的仿真研究

3.1含湿量的概念

含湿量是指，在湿空气中，与一千克干空气同时并存的水蒸气的质量。

3.2湿度对温度的影响分析

湿度对于温度的分布具有一定的影响，室外环境如此，那么在列车这样相对密布的空间里，湿度也在发挥着影响列车温度的功能。考虑湿度对温度的影响则要计算其发热量，而计算发热量就必须考虑到全热，全热是显热和潜热合起来所产生的热量的总称。在空气中，有一部分热量会随着温度的变化而变化，那就是所谓的显热，而另一部分热量是随着含湿量的变化而变化的，这是潜热，也就是空气中水蒸汽的汽化热。

我们来设定一组数据表明含湿量对温度的影响：设定车厢进风的温度是289K，进入车厢内的新风相对湿度是75%；车厢排风温度是300K，相对湿度是60%；回风温度是300K，相对湿度是60%，外界环境温度是308K．为了了解空气含湿量在车厢内的情况，我们将车厢温度的变化制作了分布图，根据分布图可以看出，车厢内整体的温度都不高，尤其是乘客所在的区域，这是因为空气中具有水蒸气，空气受到它的影响导致气温下降，因此，考虑含湿量的温度要比不考虑含湿量的温度低。[3]考虑空气含湿量的车厢比正常温度低3℃在考虑空气含湿量的情况下，沿车厢纵向方向相同点的温度比不考虑空气含湿量低5～6℃这就说明空气中的水蒸汽对温度的分布有很大的影响。

4　人体散热对车厢内温度的影响

另一个影响列车温度的原因是人体散热，而人体散热是车厢内主要的散热来源。

人体散热主要的方式有两种，一种是，首先，可以设定一个热源，假设车厢的人数是36人，如果将每个人的散热量定为102W来计算，每个人均匀的坐在自己的位置上，相当于所有热量都均匀分布，再对这种热量的扩散进行观察。另一种是，将人体热量传递到到椅子上，这是两种热源都是处于一种温度分布当中，再将二者在车厢内所取的特定点的温度进行比较，我们可以看出第一种方法比第二种方法的温度高，这是因为定义热源的热量分布比较集中，而经热量传递到椅子上的热量分布较散，不集中。所以，热量集中的地方温度高，反之则低。

5　结语

根据对列车空调系统的数值仿真研究得出，空气中的含湿度对温度的分布有很大的影响，通过控制和调节列车内含湿度可以改变车厢内的温度，而车厢内的另一个温度来源是人体散热，通过定义热源和将热源传递椅子上的方式得到热量的散布情况，并以此来调节温度。[4]最后还可以从车厢主要通风口进行改造以改变温度。这样的仿真研究对社会的发展具有很大的意义。

[1]杨晖,贾力,杨立新.列车运动对地铁站台空气温度分布动态影响的数值分析[J].北京交通大学学报（自然科学版）,2009,33(01)。

[2]蒋文涛,徐峻,裴勇.置换通风在列车空调系统中的应用[J].石家庄铁道学院学报,2006,19(04)。

[3]刘杰,李人宪,陈琳等.高速列车空调系统及车内流场分析[J].西南交通大学学报,2012,47(01).

[4]王东屏,兆文忠,刘刚等.考虑空气含湿量的列车空调系统数值仿真[J].大连交通大学学报,2008,29(05).