[發明專利]一種高速列車空調冷凝風量數值計算方法及其應用

有效

• 申請號: 201611244518.5
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106650143B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 閆英華;宋會兵;曾昭曙;彭玉龍
• 申請（專利權）人: 石家莊國祥運輸設備有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F30/15
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 王苑祥

一種高速列車空調冷凝風量數值計算方法及其應用，涉及數值仿真領域，具體是一種高速列車空調冷凝風量數值計算方法，以及應用該方法在高速列車空調設計中的應用。首先確定高速列車空調冷凝風量數值計算方法，步驟為利用幾何建模Proe軟件建立模型、劃分計算域、劃分網格、設置邊界條件、計算及計算結果校正。在上述模型基礎上，增加進出風裝置的模型進行仿真計算；對不同進出風裝置的計算結果進行比對，選擇最優的進出風結構。

技術領域

本發明涉及數值仿真領域，具體是一種高速列車空調冷凝風量數值計算方法，以及應用該方法在高速列車空調設計中的應用。

背景技術

安裝在列車頂部的空調是調節旅客舒適度的重要裝置。

頂置式軌道車輛空調的冷凝側進出風方式分為有兩種：頂進側出，即氣流首先從冷凝風機進入冷凝腔，然后經過換熱器熱交換后排出到外界大氣；側進頂出，即氣流首先經過熱交換器，然后被冷凝風機排出到外界大氣。

當空調位于在列車頂部時，為了便于冷凝側的空氣循環，國內外通常采用空調凸出車體表面一定高度的設計，對于高速列車尤其如此。通常采取的措施是在出風側安裝擾流條，安裝擾流條后，由于高速氣流在擾流條處產生流動分離，在擾流條下游區域形成低壓區，有利于冷凝出風，從而保證了空調制冷效果。

研究表明，隨著列車車速的提高，突出車體表面造成的氣動阻力成倍增加。為此，提出了列車頂部平順化的要求，即空調與車體表面平齊。

列車靜止或者低速運行時，車體表面附近氣流的動壓力較小，無論對于頂進側出還是側進頂出的空調，冷凝風機所做的功都足以克服外界低速氣流的阻力，從而保證空調系統有足夠的冷凝風量來進行熱交換達到額定的制冷效果。

隨著鐵路列車運行速度的逐步提高，列車高速運行時，列車周圍的空氣流場對空調性能影響凸顯出來：車體表面附近的氣流具有很大的動壓力，而冷凝風機的功率大小是有限制的，因此隨著列車運行速度的提高，尤其對于有平順化要求的列車，空調與列車表面平齊，不允許在出風側安裝凸出擾流條，這就造成冷凝風量會迅速減小，導致空調制冷效果下降，影響了旅客乘坐的舒適。此現象在時速350公里動車組高速運行尤為嚴重，目前國內外還沒有應用于平順化列車空調的有效解決方案。

在車輛靜止狀態下，列車空調的冷凝風量可以在空調冷凝進風口布置設備，比較方便的進行試驗測量；當車輛高速運行時，尤其對于時速350公里的動車組高速運行時，在空調冷凝進風口布置設備進行風量測量難度會大大增加，并且由于高速氣流的干擾，試驗測量結果的準確度也難以保證。目前，國內外對于高速列車空調的冷凝風量隨車速的變化關系及其產生機理還沒有一個準確深入的認識。數值仿真方法可以深刻揭示空調冷凝風量隨車速的變化關系及其產生的機理。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于高速列車頂部平順化設計條件下，空調冷凝風量的數值仿真計算方法，進而增加冷凝風進出口模型進行仿真計算，獲得最佳進出風結構設計。

本發明采用的技術方案是：

一種高速列車空調冷凝風量數值計算方法，使用fluent軟件實現，包括以下步驟：

1-1：利用幾何建模軟件建立模型：

空調模型中包括冷凝器和冷凝風機，其中冷凝器使用多孔介質模型來模擬氣流通過冷凝器的壓降效果，冷凝風機扇葉使用真實模型；冷凝器的壓降公式為：

y=ax²+bx+c，其中，y—壓降或阻力（Pa），x—風速（m/s）；

上式中的a、b、c系數可以通過試驗方法得到。

車體模型使用真實尺寸；

把空調模型按照實際安裝狀態裝配到車體模型中，空調位于車體頂部中心位置；

1-2：計算域的劃分：