关键词：城轨车辆；气流组织;格栅；孔板；人体模型
1概述
本文通过模拟城轨车辆中顶板格栅送风和中顶板孔板送风两种气流组织方式对客室内部温度场及速度场的分布影响，对比两种气流组织方式各自存在的问题及后续的研究方向。
2物理模型及模拟方法
2.1 物理模型
仿真计算时在车辆内部添加了人体模型，人体模型参考标准GB10000中人体尺寸的数据，同时为避免建模时出现网格划分问题，对人体模型尺寸进行了的调整，如表1人体模型尺寸。
2.2 模拟方法
模拟采用标准k-ε方程模型，作如下假设：
（1）车厢内空气为不可压缩气体且符合Boussinesq假设；
（2）流动为稳态湍流；
（3）流场内流体的湍流粘性各向同性，且具有高雷诺数。
（4）不考虑漏风的影响，车厢内气密性良好。
2.3边界条件设定
1、太阳辐射：假定车辆在上海地区运行，由夏季太阳总辐射照度表，得到车体车长方向沿南北向放置时，获得最大太阳辐射。太阳辐射强度：东向：165W/m2，西向：535W/m2，水平855W/m2。
本文计算截面为无玻璃结构，由于围护结构外表面同时受到太阳辐射和室外空气温度的热作用，利用综合温度来计算，该温度是相当于室外气温由原来的值增加了一个太阳辐射的等效温度ρI/αw值，如下式：
其中，tw——室外空气计算温度，夏季工况取40℃.
ρ——表面吸收系数，舱体取0.8，窗取0.08；
I——太阳辐射强度，（W/m2）；
αw——外表面对流换热系数，取16W/(m2∙K)。
2、传热：车厢各部位的平均传热系数K值为2.4W/m2*K，在模拟计算中采用第二类边界条件，设置边界条件热流密度，根据车厢外部主流温度，以及车体传热系数确定车厢各部分的热流密度，如表2所示。
从图3格栅送风与孔板送风的温度云图与图4格栅送风和孔板送风的温度分布图可以看出：
1、满员时，站立区人体间气流流动困难，无论采用何种送风方式，站立区人体间的气流温度都相对较高，大致在37℃左右。列车西向舱体所受的太阳辐射热量大于东向舱体，西向舱体的气流温度高于东向；
2、从高度上看，由于孔板送风的风口分布比格栅送风风口分布均匀，使得在站立区头部以上区域，客室温度均匀性较好；
3、在距车内地板1.7m和1.1m高度处，客室中间的空气温度明显高于其他区域空气温度。
4结论及展望
通过模拟得出以下结论：
1、满员时，两种气流组织方式客室内的平均温度基本一致，但是车辆中间站立区的温度明显高于其他位置处，是由于在此处乘客是肩并肩、背靠背的状态，气流不能流通，乘客通过辐射散发的热量产生堆积，需要加大此处的送风风速，通过强制对流的方式带走辐射散热，改善站立区乘客的舒适性；
2、孔板送风的送风区域更大，若不减小出风口的出风速度，站立区的乘客头部有吹风感，降低乘坐舒适性，因而需要降低出风口的气流速度，使乘客没有吹风感，降低风速会使站立区因为间隙小而没有气流流通，导致因乘客辐射散热堆积而温度升高，影响热舒适性。后续将采用侧部送风和中顶板孔板送风结合的方式对客室内部的温度场及风速场进行进一步的研究。
参考文献
[1] 孙宝红.地铁车厢围护结构隔热性能与车室内气流组织的模拟计算[D].湖南：中南大学,2013.
[2] 李超. 地铁车厢内气流组织的数值模拟与热舒适性研究[D].湖南：中南大学，2010.
论文作者:丁前庄，杨天智，吕知梅，许钰文
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
标签：气流论文; 温度论文; 格栅论文; 客室论文; 顶板论文; 东向论文; 模型论文; 《科技中国》2018年4期论文;