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1、第27卷,第1期中国铁道科学Vol127No112006年1月CHINARAILWAYSCIENCEJanuary,2006文章编号:100124632(2006)0120099205列车空调室外综合温度场的确定与探讨123刘广海,谢如鹤,丁力行(11广州大学物流与运输研究所,广东广州510006;21中南大学交通运输工程学院,湖南长沙410075;31中南大学土木建筑学院,湖南长沙410075)摘要:通过分析空气温度、太阳辐射、长波辐射、列车行驶速度等影响列车壁面综合温度的主要因素,建立铁路沿线通用综合温
2、度场计算模型,给出了基于时变和域变的室外综合温度场。当列车静止时,列车外壁仅存在自然对流换热,因此受辐射影响剧烈,午间温度最高时可超过80℃;列车速度提高可以增强车壁的对流-1换热系数,进而减小辐射的影响,降低壁面综合温度。当列车以100km·h运行时,车壁最高温度为45℃左右。因此,提高列车运行速度对列车节能是有利的。模型反映了列车运行时各壁面综合温度随列车时空变化而变化的规律,可方便地应用于列车空调的动态负荷计算、设计及运行控制。关键词:空调列车;综合温度场;太阳辐射中图分类号:U2701383文献标识
3、码:A列车空调负荷随着列车运行时间和地点的不同式中:te为夏季外气综合温度,℃;tw为夏季室外而不断变化,列车空调动态负荷的确定不仅关系到空调(干球)计算温度,℃;ρ为车体外壁对太阳空调系统的运行、调控及节能,同时也是影响列车辐射的吸收系数,由列车本身的物性所确定;It为热舒适性的主要因素。要确定列车空调负荷-2,首先车体外壁接收的总太阳辐射强度,W·m;αw为要确定列车外的气象参数,尤其是室外综合温度。[3]车体外壁换热系数,与列车运行速度密切相关,我国铁路运行线长,跨经纬度大,沿线气象参数变W·(m2·
4、℃)-1;ζ为车体外壁的长波辐射力;化极大,而旅客列车窗壁面积比大,车壁蓄热量ΔR为围护结构外表面与天空和周围物体间的长波小,再加上列车的移动性,车外气象参数如温度、辐射交换量[4],W·m-2。湿度和太阳辐射等,不仅随时间变化,也与列车运由于ζ和ΔR的大小与列车所处位置、时刻、[1]行的空间位置有关。因此,在分析列车外气象参室外温度状况等多种因素有关,在实际工作中确定数时,必须同时考虑其时间特性和空间特性。起来相当复杂,故一般采用如下近似处理方法。0166αw=9+315v(2)1室外综合温度-1式中:v
5、为列车运行速度,km·h。1)对于垂直面室外综合温度是综合表达室外空气温度、太阳ζΔR=0℃辐射、长波辐射等室外气象条件对围护结构外表面αw热作用的物理量,是计算非透明围护结构传热的基即认为垂直面从附近地面物体接收的长波辐射准。因此,求取室外综合温度是准确计算列车动态量与向外散失的长波辐射量相等。[2]负荷的基础,具有重要意义。其计算式为2)对于水平面ρItζΔRζΔRte=tw+-(1)=315～410℃αwαwαw收稿日期:2005201227基金项目:国家自然科学基金项目(50378091)作者简介:
6、刘广海(1978—),男,湖南邵阳人,博士研究生。100中国铁道科学第27卷即水平外表面接收的长波辐射量略大于向外散t=t(x,τ)(7)失的长波辐射量,经实验测定,其比值约为315～其中,标准天的室外逐时温度可表示为410℃。t(τ)=tw-αt(τ)Δt(8)由此可以看出,确定室外综合温度的关键是确式中:τ为时间变量,h;αt(τ)为模比系数。定tw和It的值。由于tw,Δt均与所处的时间和地点有关,故式(7)可综合表述为2车外温度的确定t(τ,x)=tw(x)+αt(τ)Δt(x)(9)以Matlab
7、为工具,按式(9)确定的京广线上在空调系统设计中所采用的各种室外计算参数等高线方式标准天温度场如图1所示。在图中可明一般都设想为某地某天内的气象参数,该天称为标显看到距离北京1000～1500km附近地区(即两准天或设计工况,而进行冷负荷计算研究时,常取湖江泽地带)温度等高线变化显著,正确反映了水[5]7月21日为标准天。列车空调车外参数的确定陆度对该地区气候的巨大影响。也以标准天为准。京广线上各相关参数列于表[6]1。表1京广线上相关城市参数序号地点xtwΔtφL1北京033128183918116152
8、石家庄283351110143810114143郑州69535169123417113174信阳99735117153211114115武昌123135126133016114116岳阳144934114102915113117长沙158935187132812113118株洲164036118112719113129衡阳1774361071326191121610郴州19213514719251811310图1
