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高速列车空调数值仿真平台研究与应用

韩寒  
【摘要】:随着电子计算机技术的发展,CFD技术也越来越成熟。CFD技术对于解决相关的流体问题有着高效率,低成本等众多优势。因此,工程师可以采用CFD技术研究空调通风问题。 本文根据列车车厢内的流场特征,建立了三维粘性,不可压缩,定常流动流场模型。通过对商用CFD软件FLUENT进行二次开发,创建了基于PC机技术,集三维设计、流场数值仿真分析、多方案对比于一体的非单一列车空调数值仿真平台,并将其应用与CRH3、CRH7动车组车厢内空调效果的数值分析。 该平台不仅代替了列车的模拟实验,并以软件工程理论为指导,运用面向对象的程序化设计方法,高效的参数化建模以及多种软件协作技术,通过编写JOU文件对软件GAMBIT和FLUENT的自动调用,创建了列车车厢内空气流场的参数化三维模型,实现了空调通风效果数值模拟仿真的自动化,典型平面计算结果的自动提取;使用了FLUENT提供的XYPlot功能,采用高级编程语言VB语言对FLUENT以及EXCEL进行二次开发,将实验数据和模拟数据进行对比,验证数值计算结果的准确性;开发了商用CFD软件与数据处理软件之间的数据接口,结合欧洲国际铁路联盟标准,实现了计算结果的自动分析与整理,同时也展现了根据标准得出的评定结果;该平台能实现对CRH3,CRH7型车的车厢内空气温度场和速度场的自动数字计算、计算结果的自动提取,对空调通风效果进行了评估。 该平台具有前台友好、方便、快捷的人机交互界面。对复杂的、难于理解和掌握的GAMBIT和FLUENT命令流文件——JOU进行后台封装,降低对使用者的要求,实现数值计算的自动化。该平台操作简单易行,可以方便空调设计人员对多种设计方案进行评估,从而指导方案设计。 本文工作在数值模拟算法和一般工程设计人员之间搭建沟通的桥梁。使得研究人员从繁琐的建模过程中解放出来,专注于对计算方案的确定以及对计算结果的分析,极大提高了空调通风系统优化设计效率。该平台的研究对其他各行各业中产品研发具有广泛的示范作用。


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