空调列车室内三维紊流流场和温度场数值模拟

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1、·信息技术·李贵，等·空调列车室内三维紊流流场和温度场数值模拟空调列车室内三维紊流流场和温度场数值模拟李贵，朱壮瑞，孙蓓蓓(东南大学机械工程学院，江苏南京211189)摘要：基于计算流体动力学对某列车车厢内部的速度场与温度场的分布进行了数值模拟。采用稳态不可压缩雷诺平均N—S方程，紊流模型选择两方程模型，应用有限体积法计算了车厢内气固耦合传热问题。研究了送风方式和送风速度对空调列车室内流场的影响，以及送风温度对列车室内温度场的影响，为空调列车室内气流组织优化设计及舒适性研究提供依据。关键词：空调列车；紊流；有限体积法；数值模拟

2、中图分类号：TH12；TP391文献标志码：B文章编号：1671-5276(2010)叭-0103-04NumericalSimulationof3-DTurbulenceAirflowFieldandTemperatureFieldinAir-conditioningTrainPassengerCompartmentLIGui，ZHUZhuang—rui，SUNBei—bei(DepartmentofMechanicalEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing211189，China)A

3、bstract：Theairflowfieldandtemperaturedistributioninonecarriagearenumericallysimulatedbasedoncomputationalfluiddynam—ics(CFD)．ThesteadystateincompressibleReynolds-averageNavier-Stokesequationsandk-turbulencemodelareusedfortheair-flowmodelandthefluid-solidcouplingheat

4、transferproblemisresolvedbyfinitevolumemethod．Theefectofairsupplymodeandairsupplyvelocityontheairflowfield，andtheefectofairsupplythermalonthetemperaturefieldareresearchedinto．Itprovidesabasisfortheoptimizationdesignofairstreamorganizationandthecomfortablestudyinthea

5、ir-conditioningpassengercompartment．Keywords：air·conditioningtrain；turbulenceairflow；finitevolumemethod；numericalsimulation随着我国铁路建设的发展，高速、舒适的现代化客车已各设一排行李架(宽600mm)通风方式为顶部送风，即在经成为铁路客车发展的方向和主流。空调列车室内空气的车厢顶部对称设有孔板送风口，回风方式为侧回风，即在速度场、温度场是研究空调列车室内气流组织设计及空调车厢两侧利用车门回风(尺寸为800

6、mmx2000mm)，列列车室内舒适环境评价的基础。以往基于传统的射流经验车车厢几何模型如图1所示。公式设计的客车气流组织形式不能满足乘客舒适性的要求⋯。近20年来，CFD(computationalfluiddynamics)技术已经成为流体流动相关工程领域研究性能随几何与工况变化而变化的强有力的新方法。因此，基于流体流动和传热方程的CFD数值计算方法对空调客车车厢采用三维紊流回风模型，应用有限体积法计算了空调列车(硬座车)室内气固耦合传热问题，对空调列车室内气流组织，主要是对速度场和温度场分布进行了数值模拟。着重研究了送风

7、速度和送风方式对空调列车室内流场的影响，以及送风温度对空调列车室内温度场的影响，为空调列车室内气流组织优化设计及舒适性研究提供了依据。图1列车车厢几何模型空调列车车厢计算模型1．2数学模型a)采用了三维紊流模型方程，计算时作如下假设：1)1．1物理模型空调列车室内空气为不可压缩且符合Boussinesq假设，即由于列车车厢前后布置对称，取车厢半车身长度建立认为流体密度变化仅对浮升力产生影响；2)流动为稳态模型，其几何参数为：列车半车身长7．6m，车厢宽2．8m，紊流；3)忽略固体壁面间的热辐射，车室内空气为辐射透高2．3m，车

8、厢左右两侧各设5排等间距(750mm)的座明介质；4)假设流场具有高紊流Re数，流体的紊流粘性椅(宽分别为800mm，1200mm)，在车厢上侧左右对称具有各向同性；5)气流为低速不可压缩流动，可忽略由流作者简介：李贵(1980一)，男，河南安阳人，硕士研究生，主要研究方向为