合理的氣流組織方式

合理地氣流組織方式車(chē)輛工程126班xxx空調(diào)客車(chē)除了要有合適的空氣溫度和相對(duì)濕度外，對(duì)空氣的溫度和風(fēng)度的均勻程度，即對(duì)室內(nèi)溫度場(chǎng)，速度場(chǎng)也有一定的要求，而室內(nèi)的溫度場(chǎng)，速度場(chǎng)受氣流流動(dòng)和分布的影響很大。例如在夏季送人車(chē)內(nèi)的空氣溫度要比室內(nèi)溫度低，如果送風(fēng)溫差較大，冷空氣直接吹到旅客居留區(qū)內(nèi)，人體會(huì)感到不適，這就要求將送入車(chē)內(nèi)的空氣限于室內(nèi)空氣適當(dāng)混合，再送到居留區(qū)。通常我們把這種對(duì)室內(nèi)氣流流動(dòng)和分布的控制稱(chēng)為氣流組織。顯然，室內(nèi)要滿(mǎn)足空調(diào)的要求，必須妥善處理好氣流組織的問(wèn)題。氣流組織合理與否，與送風(fēng)口和回風(fēng)口的位置，形式大小送風(fēng)氣流的流態(tài)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)送風(fēng)溫差可是結(jié)構(gòu)等諸多因素有關(guān)，其中，送風(fēng)口的形式和結(jié)構(gòu)對(duì)室內(nèi)氣流組織影響較大，因此，合理的氣流組織方式也為科學(xué)研究的重要課題。1.1課題研究背景及意義隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市交通擁擠、交通阻塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，“乘車(chē)難、行車(chē)難”已經(jīng)成為大中城市普遍存在的社會(huì)問(wèn)題，根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展鐵路是解決城市交通擁擠的有效措施之一，鐵路運(yùn)輸佐為現(xiàn)代化交通工具，具有運(yùn)量大、速度高、低污染、少占資源、低能耗、乘坐方便、安全舒適等特點(diǎn)，屬于綠色環(huán)保交通體系，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。鐵路的迅速發(fā)展對(duì)地鐵車(chē)廂內(nèi)的舒適狀況和空氣品質(zhì)的要求越來(lái)越高，列車(chē)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)作為為乘客提高舒適的乘車(chē)環(huán)境的必要硬件設(shè)備，合理的空調(diào)通風(fēng)方案能有效地改善乘客的乘車(chē)舒適性。分析空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)的布置對(duì)車(chē)廂內(nèi)空氣品質(zhì)和熱舒適狀況的影響，研究空調(diào)客車(chē)內(nèi)溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)的分布特點(diǎn)，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)指導(dǎo)鐵路客車(chē)調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將有理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。近幾年計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)（CFD）受到人們的青睞，這種方法也廣泛用在暖通空調(diào)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的鐵路車(chē)通風(fēng)風(fēng)道設(shè)計(jì)主要是采用經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，然后通過(guò)試驗(yàn)對(duì)風(fēng)道的性能進(jìn)行考察，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，試驗(yàn)費(fèi)用高，風(fēng)道內(nèi)部流場(chǎng)復(fù)雜，三維流場(chǎng)的測(cè)試非常昂貴。利用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)空調(diào)通風(fēng)風(fēng)道內(nèi)部流場(chǎng)流動(dòng)特性進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)室內(nèi)空氣流動(dòng)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)等進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，從而得到室內(nèi)速度、溫度等物理量的詳細(xì)分布情況，這對(duì)改進(jìn)和優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計(jì)，提高車(chē)室內(nèi)環(huán)境的舒適性有著十分重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。1.2鐵路客車(chē)通風(fēng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

1.2.1鐵路車(chē)輛空調(diào)送風(fēng)風(fēng)道形式我國(guó)早期修建的鐵路車(chē)輛內(nèi)未安裝空調(diào)，主要依靠通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行客室內(nèi)通風(fēng)換氣，隨著鐵路客運(yùn)展，多數(shù)車(chē)輛都安裝空調(diào)系統(tǒng)，為乘客提供更舒適的乘車(chē)環(huán)境?？褪覂?nèi)的舒適性很大程度上取決于客室內(nèi)溫度場(chǎng)均勻穩(wěn)定、流速大小控制合理的氣流組織，能夠在客室內(nèi)形成一個(gè)穩(wěn)定均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)?？褪覂?nèi)氣流組織的優(yōu)劣主要取決于送風(fēng)風(fēng)道的送風(fēng)均勻性。目前我國(guó)已建成的鐵路車(chē)輛送風(fēng)風(fēng)道主要有以下三種形式[5]，即大截面準(zhǔn)靜壓送風(fēng)風(fēng)道、圓管式車(chē)輛空調(diào)送風(fēng)和條縫式靜壓送風(fēng)風(fēng)道。對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行分析表明，對(duì)于客車(chē)送風(fēng)風(fēng)道研究目前主要為鐵路客車(chē)空調(diào)送風(fēng)風(fēng)道的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于引起分離、回流等現(xiàn)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜通道的湍流計(jì)算研究不多。張吉光，楊晚生，史自強(qiáng)等人[6-12]對(duì)鐵路客車(chē)用等截面靜壓送風(fēng)風(fēng)道的送風(fēng)機(jī)理進(jìn)行研究分析，通過(guò)對(duì)不同送風(fēng)工況下所測(cè)得的靜壓值與對(duì)應(yīng)送風(fēng)工況下所確定的理論靜壓計(jì)算值的比較，分析主風(fēng)道內(nèi)靜壓分布的特點(diǎn)、送風(fēng)均勻性和阻力損失，并提出在風(fēng)道入口后的一定距離加設(shè)擋板，消除了負(fù)壓區(qū)的出現(xiàn)，提高靜壓風(fēng)道的送風(fēng)均勻性，以及提出靜壓主送風(fēng)風(fēng)道應(yīng)為變截面風(fēng)道，使靜壓箱內(nèi)的靜壓分布比較均勻，可適合于各種需要均勻送風(fēng)的場(chǎng)合。談越明[13]對(duì)鐵路客車(chē)裝車(chē)用的靜壓風(fēng)道送風(fēng)性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，提出考慮在主風(fēng)道內(nèi)加阻力板的作用，研制適合于鐵路客車(chē)軟臥、硬臥車(chē)的空調(diào)送風(fēng)道系統(tǒng)。鄧建強(qiáng)，靳誼勇等人對(duì)鐵路空調(diào)客車(chē)內(nèi)風(fēng)道湍流場(chǎng)進(jìn)行研究，模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)風(fēng)道內(nèi)空氣三位流場(chǎng)及其送風(fēng)口送風(fēng)特性，對(duì)風(fēng)道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，隔板及導(dǎo)流板的高度及位置對(duì)風(fēng)道送風(fēng)均勻性的影響。上述學(xué)者對(duì)鐵路客車(chē)用靜壓式送風(fēng)風(fēng)道的流動(dòng)特性進(jìn)行了試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究，獲得了許多有價(jià)值的結(jié)論，但有關(guān)城軌地鐵車(chē)輛用空調(diào)風(fēng)道的研究未見(jiàn)相關(guān)報(bào)告。城軌地鐵客車(chē)空調(diào)送風(fēng)風(fēng)道的設(shè)計(jì)主要參照鐵路客車(chē)設(shè)計(jì)規(guī)范，缺少設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本文在分析這類(lèi)流動(dòng)共性的基礎(chǔ)上，對(duì)城軌地鐵客車(chē)空調(diào)通風(fēng)風(fēng)道流動(dòng)的一些特性的內(nèi)容進(jìn)行研究，如通道中的分離、回流等現(xiàn)象，這些特性數(shù)值模擬研究不但有很強(qiáng)的工程背景，而且能得到特性的研究規(guī)律，預(yù)測(cè)可能的流動(dòng)特性，為今后鐵路車(chē)輛空調(diào)風(fēng)道的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。1.2.2客室內(nèi)氣流組織的研究現(xiàn)狀目前，對(duì)氣流組織的研究主要為空調(diào)房間內(nèi)的空氣流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及污染物濃度場(chǎng)的研究，車(chē)室內(nèi)的氣流組織的研究主要為空調(diào)汽車(chē)室內(nèi)的流場(chǎng)，關(guān)于鐵道空調(diào)客車(chē)內(nèi)氣流組織的相關(guān)研究也相繼展開(kāi)，但對(duì)城軌地鐵空調(diào)客車(chē)內(nèi)氣流組織的研究則鮮見(jiàn)文獻(xiàn)。對(duì)空調(diào)房間室內(nèi)氣流組織的研究，以往主要是通過(guò)模型試驗(yàn)或是通過(guò)求解射流的經(jīng)驗(yàn)求解，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，CDF技術(shù)逐漸成為研究手段之一。1974年，丹麥的P.V.Nielsen首次將CFD技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)工程，模擬室內(nèi)空氣流動(dòng)情況，利用流函數(shù)和渦旋公式求解封閉二維流動(dòng)方程，采用流體湍流模型進(jìn)行模擬，計(jì)算所得的房間某些斷面速度分布和射流軸心速度的衰減與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表明，數(shù)值計(jì)算的結(jié)果是可信的；隨后CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展。1997年，LuWZ等人對(duì)有對(duì)流熱源的空調(diào)室內(nèi)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)；Hee-JinParkh和DaleHolland研究人員同樣用數(shù)值模擬方法計(jì)算了有對(duì)流熱源的置換通風(fēng)空調(diào)室內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、以及污染物濃度場(chǎng)，并分析了流場(chǎng)分布的特點(diǎn)；1999年，K.C.Chung等人對(duì)有隔墻的空調(diào)房間的三維流場(chǎng)和濃度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了通風(fēng)方式對(duì)空氣和濃度分布的影響；YangBin和S.C.Sekhar學(xué)者用數(shù)值模擬方法對(duì)回風(fēng)和新風(fēng)相混合的送風(fēng)形式進(jìn)行模擬分析，得出優(yōu)于傳統(tǒng)混合送風(fēng)方式的新型節(jié)能送風(fēng)方式；AbantoJuan，BarreroDaniel等人對(duì)計(jì)算機(jī)房建立實(shí)體模型，采用四種不同送風(fēng)散流器下的氣流組織進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比分析得出較優(yōu)的氣流組織形式；JelenaSrebric，VladimirVukovic等學(xué)者為改善房間內(nèi)空氣品質(zhì)，用數(shù)值模擬方法對(duì)某空調(diào)房間的三維流場(chǎng)和污染物濃度場(chǎng)進(jìn)行了研究，提出了確定邊界條件的方法；對(duì)于空調(diào)室內(nèi)氣流分布的模擬研究，魏學(xué)孟等人利用有限單元法對(duì)矢流潔凈室和氣幕流潔凈室流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)照；鄧啟紅等人對(duì)SIMPLE算法中壓力修正方程邊界條件的確定進(jìn)行了新的探討，并提出了自適應(yīng)松弛因子對(duì)湍流k-ε模型方程加速求解作用。對(duì)空調(diào)客車(chē)客室內(nèi)氣流組織的研究，國(guó)外較少，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行相關(guān)的研究。MearhabA，BouzidiM研究人員采用有限差分方法對(duì)客車(chē)內(nèi)乘客的舒適性建立數(shù)學(xué)模型，考慮了太陽(yáng)輻射、車(chē)體顏色及車(chē)體材料的放射特性等；ZhangZ，ChenX等人采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)采用混合通風(fēng)方式的波音767商務(wù)客機(jī)客艙內(nèi)的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和二氧化碳濃度場(chǎng)進(jìn)行研究，并推斷此種通風(fēng)方式可保證客艙內(nèi)空氣品質(zhì)。Tian-Tian，Yu-Hua等人對(duì)北京地鐵客車(chē)客室在LiBai安裝空調(diào)和未安裝情況下，空調(diào)室內(nèi)污染物分布的變化進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。上海交通大學(xué)相關(guān)研究人員對(duì)轎車(chē)和中型客車(chē)車(chē)室內(nèi)的三維速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值研究與實(shí)驗(yàn)研究；陳煥新教授等人對(duì)鐵路客車(chē)室內(nèi)速度場(chǎng)及溫度場(chǎng)進(jìn)行研究；靳誼勇等人對(duì)鐵路客室內(nèi)的氣流組織進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了有車(chē)內(nèi)熱負(fù)荷存在時(shí)的車(chē)內(nèi)溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)分布模擬；包濤等人對(duì)客車(chē)空調(diào)回風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，分析回風(fēng)口位置對(duì)客室內(nèi)溫度場(chǎng)的影響。國(guó)內(nèi)外對(duì)城軌地鐵空調(diào)客室內(nèi)的氣流組織的研究較少，藏運(yùn)春等人利用FLUNET軟件對(duì)北京地鐵空調(diào)客車(chē)客室內(nèi)的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，得到滿(mǎn)足人體舒適性要求的送風(fēng)工況。以上這些研究對(duì)城軌地鐵客車(chē)空調(diào)的研究都是很有參考價(jià)值的，綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)：（1）車(chē)室內(nèi)氣流組織優(yōu)化的研究主要是研究送風(fēng)不同送風(fēng)形式及送風(fēng)參數(shù)對(duì)客室內(nèi)溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)的影響，本文充分考慮送風(fēng)及回風(fēng)口不同情況對(duì)室內(nèi)溫度場(chǎng)、氣流場(chǎng)及乘客舒適性的影響；（2）壁面溫度邊界條件簡(jiǎn)化為第一類(lèi)邊界條件，未考慮車(chē)體傳熱與車(chē)室內(nèi)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)的耦合傳熱，本文考慮耦合傳熱的作用，采用第三類(lèi)溫度邊界條件；（3）充分考慮鐵路車(chē)輛車(chē)室內(nèi)傳熱與流動(dòng)的特點(diǎn)，對(duì)車(chē)室內(nèi)人體負(fù)荷進(jìn)行合理簡(jiǎn)化處理。

1.3通風(fēng)空調(diào)空間氣流組織的研究方法

空調(diào)客車(chē)內(nèi)除了要求有合適的空氣溫度和相對(duì)濕度外，對(duì)空氣溫度與風(fēng)速的均勻程度，即對(duì)室內(nèi)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)也有一定的要求，室內(nèi)的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)受室內(nèi)氣流流動(dòng)和分布的影響很大。為了使送入的空氣合理分布，有效地控制既定區(qū)域內(nèi)的參數(shù)，研究空調(diào)空間的氣流組織的基本規(guī)律以及影響氣流組織的主要因素，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家提出了不同的氣流組織研究方法，運(yùn)用這些方法，得到更好的氣流組織，制定出最佳的通風(fēng)空調(diào)方案，滿(mǎn)足乘客舒適性要求。早在20世紀(jì)40年代，眾多學(xué)者對(duì)機(jī)械通風(fēng)房間送風(fēng)口的射流流動(dòng)特性進(jìn)行研究，而后建立了一系列射流公式，預(yù)測(cè)室內(nèi)空氣分布的特點(diǎn)；1970年，有學(xué)者提出ZonalModel，對(duì)自然通風(fēng)的通風(fēng)量、溫度分布等進(jìn)行預(yù)測(cè)，后又有人指出該方法經(jīng)改進(jìn)后可用于機(jī)械通風(fēng)[37-39]；1974年，丹麥的P.V.Nilsen首次利用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)室內(nèi)空氣流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬；理論的研究結(jié)果需要用模型試驗(yàn)的方法來(lái)驗(yàn)證，借助相似理論，在等比例或者縮小比例的模型中通過(guò)測(cè)量手段來(lái)預(yù)測(cè)室內(nèi)空氣分布，是最為可靠的預(yù)測(cè)方法，但是其耗費(fèi)高，周期長(zhǎng)。以上四種氣流組織的研究方法對(duì)比發(fā)現(xiàn)，CFD具有模擬設(shè)備簡(jiǎn)單、投資低、計(jì)算速度快、計(jì)算空間不受限制、資料獲取完整,并且可以模擬各種工況。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步，CFD技術(shù)已成為現(xiàn)代建筑領(lǐng)域一個(gè)重要的研究課題。借助CFD可以預(yù)測(cè)仿真通風(fēng)空調(diào)空間的氣流分布詳細(xì)情況[40-44]。氣流數(shù)值分析能夠考慮室內(nèi)各種可能的內(nèi)擾、邊界條件和初始條件,因而它能全面地反映室內(nèi)的氣流分布情況，從而便于發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的氣流分布方案,進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計(jì)使其達(dá)到良好的通風(fēng)空調(diào)效果。

1.4數(shù)值模擬的研究氣流組織方式以某地鐵續(xù)建項(xiàng)目空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬為主的研究方法，結(jié)合一定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)道流場(chǎng)以及客室內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)進(jìn)行了研究，提出了風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案以及客車(chē)內(nèi)較優(yōu)的送風(fēng)方式。本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面：（1）本文以流體動(dòng)動(dòng)力學(xué)和傳熱學(xué)為理論基礎(chǔ)，對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。（2）對(duì)空調(diào)通風(fēng)風(fēng)道內(nèi)空氣流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，研究其內(nèi)部氣流組織的特點(diǎn)，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，分析出風(fēng)口送風(fēng)不均勻的主要區(qū)域及原因。（3）分析風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)道送風(fēng)均勻性的影響，并對(duì)風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使風(fēng)道送風(fēng)均勻。（4）空調(diào)客車(chē)客室內(nèi)采用不同的送風(fēng)方式，對(duì)空調(diào)客車(chē)車(chē)室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，得到車(chē)內(nèi)的氣流組織、空氣速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布情況，對(duì)比分析得出較優(yōu)的客室內(nèi)氣流組織形式。2.1送風(fēng)風(fēng)道送風(fēng)均勻性對(duì)車(chē)內(nèi)氣流組織的影響對(duì)于以乘客為主服務(wù)對(duì)象的車(chē)輛空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，其舒適性在很大程度上取決于客室內(nèi)溫度場(chǎng)均勻穩(wěn)定、流速大小控制合理的氣流組織,亦即在車(chē)輛內(nèi)形成一個(gè)穩(wěn)定且均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)。本文以某地鐵續(xù)建項(xiàng)目空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)道為研究對(duì)象，送風(fēng)風(fēng)道是空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，風(fēng)道送風(fēng)是否均勻，直接影響客室內(nèi)溫度均勻性，對(duì)客室內(nèi)的舒適性有很大的影響。傳統(tǒng)的研制風(fēng)道的方法是通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得的送風(fēng)局部測(cè)點(diǎn)來(lái)調(diào)整風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸，風(fēng)道內(nèi)空氣流動(dòng)整體情況未知，本文將數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法研究風(fēng)道內(nèi)部流場(chǎng)，提出風(fēng)道優(yōu)化方案，減少了反復(fù)試驗(yàn)。本章采用k-ε兩方程湍流模型對(duì)客車(chē)空調(diào)送風(fēng)風(fēng)道內(nèi)部的空氣流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到了風(fēng)道內(nèi)部的流場(chǎng)和送風(fēng)口的送風(fēng)速度分布情況，將送風(fēng)風(fēng)速與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，在誤差允許的范圍內(nèi)，驗(yàn)證了用數(shù)值模擬的方法對(duì)風(fēng)道內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行研究是可行的。綜合分析數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，分析風(fēng)道內(nèi)導(dǎo)流板及擋板的安裝位置對(duì)送風(fēng)均勻性的影響，提出風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。

2.11風(fēng)道的送風(fēng)理論基礎(chǔ)

風(fēng)管內(nèi)流動(dòng)的空氣，在管壁的垂直方向受到氣流靜壓作用，在側(cè)壁開(kāi)孔，由于孔口內(nèi)部靜壓差的作用，空氣會(huì)在在垂直管壁方向從孔口流出。均勻送風(fēng)管道通常的送風(fēng)形式有以下三種：

a)改變出風(fēng)條縫寬度或者孔口面積，風(fēng)道的截面面積不變；b)改變風(fēng)道的截面面積，出風(fēng)條縫寬度或者孔口面積不變；c)風(fēng)道的截面面積、出風(fēng)條縫或者孔口面積都不變，根據(jù)靜壓變化，在孔口上

設(shè)置不同的阻體來(lái)實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)。工程實(shí)踐表明，第一種送風(fēng)風(fēng)道雖然可以實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)，但是沿著風(fēng)道條縫長(zhǎng)度或者每個(gè)孔口的大小不等，加工工藝復(fù)雜；第二種送風(fēng)風(fēng)道可保證均勻送風(fēng)，而且沿風(fēng)道方向條縫長(zhǎng)度或者每個(gè)孔口的大小相等，制作工藝較第一種送風(fēng)風(fēng)道要簡(jiǎn)單些；第三種風(fēng)道制作工藝簡(jiǎn)單，但是只能實(shí)現(xiàn)近似送風(fēng)，對(duì)舒適度比較高的房間，不能很好的滿(mǎn)足其溫度及微風(fēng)速的要求。本文所采用均勻送風(fēng)風(fēng)道為第二種送風(fēng)風(fēng)道方案，即變截面風(fēng)道，其風(fēng)道內(nèi)部設(shè)置擋板及導(dǎo)流板，能更好的實(shí)現(xiàn)風(fēng)道送風(fēng)均勻。2.2氣流組織形式對(duì)車(chē)內(nèi)氣流組織的影響客車(chē)空調(diào)為乘客提供舒適的內(nèi)部乘車(chē)環(huán)境，除考慮送風(fēng)風(fēng)道送風(fēng)均勻性的影響外，要考慮的另外一個(gè)重要影響因素是客車(chē)車(chē)室的氣流組織形式。本章對(duì)空調(diào)客車(chē)車(chē)室內(nèi)氣流組織進(jìn)行研究，詳細(xì)介紹空調(diào)客車(chē)車(chē)室模型的建立、邊界條件的選取、選擇適當(dāng)數(shù)學(xué)模型，設(shè)定松弛系數(shù)、收斂標(biāo)準(zhǔn)和邊界條件，初始化進(jìn)行數(shù)值迭代計(jì)算。本文空調(diào)系統(tǒng)采用一次回風(fēng)形式，經(jīng)空調(diào)系統(tǒng)處理的冷空氣經(jīng)送風(fēng)口送入客室內(nèi)，冷空氣與室內(nèi)空氣相混和，進(jìn)行熱濕交換，經(jīng)回風(fēng)口送入空調(diào)機(jī)組，進(jìn)行循環(huán)。送風(fēng)冷空氣與室內(nèi)空氣存在壓力差、速度差、溫度差和濕度差，因此會(huì)引起車(chē)內(nèi)空氣流動(dòng)，形成一定的氣流組織，氣流組織的分布影響室內(nèi)溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)等的分布。氣流組織形式是影響室內(nèi)空熱環(huán)境的主要因素，本章結(jié)合流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，利用

CFD專(zhuān)業(yè)軟件FLUNET軟件對(duì)室內(nèi)氣流場(chǎng)、溫度場(chǎng)分布特性進(jìn)行研究，采用不同的

氣流組織方案進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)客車(chē)車(chē)室內(nèi)部氣流組織方式性能的優(yōu)劣進(jìn)行對(duì)比分析，從而得到較優(yōu)氣流組織方式。本文空調(diào)系統(tǒng)采用一次回風(fēng)形式，經(jīng)空調(diào)系統(tǒng)處理的冷空氣經(jīng)送風(fēng)口送入客室內(nèi)，冷空氣與室內(nèi)空氣相混和，進(jìn)行熱濕交換，經(jīng)回風(fēng)口送入空調(diào)機(jī)組，進(jìn)行循環(huán)。送風(fēng)冷空氣與室內(nèi)空氣存在壓力差、速度差、溫度差和濕度差，因此會(huì)引起車(chē)內(nèi)空氣流動(dòng)，形成一定的氣流組織，氣流組織的分布影響室內(nèi)溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)等的分布，氣流組織形式是影響室內(nèi)熱環(huán)境的主要因素。

3.1內(nèi)氣流組織分布

空調(diào)系統(tǒng)氣流組織的優(yōu)劣除考慮溫度場(chǎng)之外，還應(yīng)該考慮室內(nèi)空氣分布特性。車(chē)室內(nèi)空氣流動(dòng)，可以直接或者間接影響乘客的舒適性，空氣流動(dòng)是系統(tǒng)中熱量對(duì)流轉(zhuǎn)移的直接原因，空氣流動(dòng)的冷卻作用，可以直接影響車(chē)室內(nèi)乘客的舒適性?；仫L(fēng)口的布置對(duì)車(chē)室內(nèi)氣流組織有一定的影響，排風(fēng)口的布置對(duì)客室內(nèi)的氣流組織影響較小。三種不同設(shè)計(jì)方案1-1截面、2-2截面、3-3截面的速度矢量圖?？梢钥闯?，方案一冷空氣從送風(fēng)口射出，與車(chē)室內(nèi)空氣進(jìn)行熱質(zhì)交換，由于回風(fēng)口布置在車(chē)廂頂部，部分空氣經(jīng)熱交換后，經(jīng)回風(fēng)口回到空調(diào)機(jī)組，在車(chē)廂的兩側(cè)形成兩個(gè)大渦旋，部分空氣經(jīng)車(chē)廂底部?jī)蓚?cè)的排風(fēng)口排到室外，在車(chē)室底部出現(xiàn)兩個(gè)小渦旋；方案二車(chē)室內(nèi)氣流組織分布與方案一相似，由于此方案排風(fēng)口布置在車(chē)廂兩側(cè)頂部，冷空氣在客室內(nèi)進(jìn)行熱質(zhì)交換的時(shí)間長(zhǎng)，有較少的能量損失，冷量能得到較好的利用；方案三氣流組織分布與方案一有較大的區(qū)別，冷空氣與客室內(nèi)氣流組織進(jìn)行熱質(zhì)交換后，經(jīng)由車(chē)廂兩側(cè)座椅下方回風(fēng)口進(jìn)去空調(diào)機(jī)組，部分空氣由車(chē)廂頂部排風(fēng)口排出，由于車(chē)室內(nèi)送風(fēng)及回風(fēng)均布置在車(chē)室兩側(cè)，因此可能出現(xiàn)冷空氣未能與中間位置車(chē)室內(nèi)的空氣充分混合。方案一車(chē)室內(nèi)靠近回風(fēng)口區(qū)域，部分送風(fēng)冷空氣在回風(fēng)口附近風(fēng)速比較大的影響下，未能與客室內(nèi)空氣充分混合，直接進(jìn)入回風(fēng)口，且在客室上方形成兩個(gè)較小的渦旋，冷量未能得到有效的利用；方案二靠近回風(fēng)口區(qū)域的氣流組織分布特性與方案一相似，同樣存在部分送風(fēng)冷空氣短路的現(xiàn)象，旋渦區(qū)有所減??；方案三在各個(gè)車(chē)廂橫截面的氣流組織分布變化不大。方案一與方案二在3-3截面的氣流組織分布與圖

截面的氣流組織分布差別不大，即遠(yuǎn)離回風(fēng)口側(cè)的車(chē)廂中部與車(chē)廂

前端氣流組織分布相似，車(chē)廂中部的送風(fēng)氣流射流角稍有所增大，較車(chē)廂前部的制冷效果好。方案三在3-3截面所示位置，氣流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，冷空氣經(jīng)車(chē)室內(nèi)兩側(cè)空氣相混合，然后與室內(nèi)中間位置空氣混合，形成較大的渦旋，冷量可能會(huì)在車(chē)輛兩側(cè)壁造成較大的損失。3.2客車(chē)內(nèi)氣流組織特點(diǎn)：1、客車(chē)的縱向尺寸長(zhǎng)但橫向斷面尺寸較小，因此，常將送風(fēng)口沿車(chē)輛長(zhǎng)度方向布置，以求得車(chē)內(nèi)溫度的均勻；2、因?yàn)檐?chē)內(nèi)經(jīng)空氣較低，送風(fēng)口必須安裝性能較好的散流器么，以便使送人車(chē)內(nèi)的空氣不直接吹到旅客身上；3、不同車(chē)型的平面布置和內(nèi)部設(shè)備對(duì)車(chē)內(nèi)的氣流組織有很大影響，在考慮送風(fēng)方式和送風(fēng)口的布置形式時(shí)應(yīng)按不同車(chē)型的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)布置。3.3氣流組織形式的各種方案方案一

1.上送方式平送。常為一般空調(diào)客車(chē)采用。在出風(fēng)口的散流器上裝有擋板，出風(fēng)氣流遇到擋板后沿棚頂橫向流動(dòng)，氣流帖附著頂棚呈輻射狀擴(kuò)散，與室內(nèi)空氣充分混合后向下流入旅客生活區(qū)，其氣流流型如圖11-23所示下送。如圖11-24為直片散流器下送式，送出氣流自散射器射流擴(kuò)散角擴(kuò)散到下流生活區(qū)?？装逅惋L(fēng)。如果在室內(nèi)平頂板上沿風(fēng)道開(kāi)大量直徑為2~6mm的細(xì)孔，空氣從細(xì)孔中均勻的進(jìn)入室內(nèi)，這種送風(fēng)方式叫孔板送風(fēng)，如圖11-25所示。方案二

2.側(cè)送方式側(cè)送氣流是使氣流在室內(nèi)形成一個(gè)大的回旋氣流，使旅客居留區(qū)處于速度與溫度較穩(wěn)定的回流中，如圖11-26所示，這種送風(fēng)方式將空氣沿著車(chē)廂頂板上邊通長(zhǎng)風(fēng)道兩側(cè)送出，帖附頂棚擴(kuò)散，送出的空氣沿途不斷與室內(nèi)空氣混合而下降，到達(dá)對(duì)面?zhèn)葔螅瑲饬骰剞D(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)居留區(qū)排風(fēng)口排出。方案三

3誘導(dǎo)器的下送方式誘導(dǎo)器是一種特殊形式的通風(fēng)裝置，他不僅送風(fēng)而且還起回風(fēng)作用，其氣流組織如圖11-19所示。3.4結(jié)束語(yǔ)隨著生活水平的不斷提高，旅客對(duì)乘車(chē)環(huán)境提出了更高的要求。鐵路客運(yùn)作為我國(guó)最主要的一種客運(yùn)方式，如何在新形勢(shì)下改善旅客乘車(chē)環(huán)境將成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。本文就列車(chē)空調(diào)的氣流組織方式目前存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，這些改進(jìn)措施的實(shí)現(xiàn)將有助于提高旅客的乘車(chē)環(huán)境和鐵路客運(yùn)