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青藏线(格拉段)列车空调系统运行模式研究

闫若文  
【摘要】:青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的铁路,由于其沿途恶劣的气候环境,给青藏线列车的运行带来了多重困难。铁路客车的热环境对乘客的身心健康及舒适性都会造成影响,而热环境又与车内的气流组织密切相关,所以,合理设计青藏线铁路列车的空调系统对于保证列车的正常行驶及乘客的安全都有着极其重要的意义。本文的工作内容主要有以下几个方面:(1)以25T型Z6811次列车为研究对象,在考虑太阳辐射的影响下,采用Z传递函数计算方法,根据车外气象条件和太阳辐射对传热的影响,得到夏季列车在格拉段(格尔木-拉萨)经过不同站点时围护结构内壁面热边界条件。(2)基于RNG k-ε模型,研究列车夏季运行在格拉段时的流场、温度场、CO_2和O_2浓度场的分布规律。结果表明,受送、回风口的位置影响以及行李架和桌椅的阻挡,车内气流分别在行李架附近、过道区和座椅上下等区域形成了大小不同的旋涡,气流速度变化较快。同时由于乘客的散热和呼吸作用,使得座位区附近温度比其他区域偏高,并且温度梯度较大,行李架的存在也会使该处散热效率降低,过道处由于无障碍物阻挡,气流速度较大,同一水平面上温度比两侧窗户处略低,空调效果较好。呼吸区附近CO_2浓度偏高,O_2含量偏低,但车内CO_2和O_2浓度均在标准要求的范围内,乘客产生高原反应的概率较小。(3)根据模拟结果和PMV的规定范围,本文对不同区段的送风温度和速度进行了动态调节,通过节能效率的比较,提出了列车运行时的最优工况。结果分析可知,调节后的温度在满足车室内空气品质和舒适性要求基础上,用于新风预热的空气加热量有明显降低,节能效果显著。送风速度在可控范围内的减小可以保证列车内无吹风感,又有效带走了余热,满足了人员舒适性和对CO_2和O_2浓度的要求,还提高了节能率,降低了空调的运行能耗(有些区段甚至可以达到100%),达到了舒适性与节能性统一的目的。(4)对列车空调自动控制系统的动态调节过程进行了说明,车外气象参数和车内热环境的变化反馈给空调控制系统后,对送风参数作出调整,使得满足空调要求。在考虑青藏线列车运行过程中特殊的供氧环节后,提出适合于青藏线列车CO_2和O_2浓度的自动控制方法,从而完善了本文研究列车原有的空调运行模式。


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