高速列车车体隔热性能与车内热环境模拟研究

作     者：周鲁杰 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张晓排;毕菲菲

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：高速列车 仿真 隔热性能 内流场 热舒适性 

摘      要：随着高速铁路的不断发展完善,列车运行时速的提升,运行区间的拓展,对车体的隔热性能和车内热环境的要求也在不断的提高。因此研究车体隔热性能与在高温高寒环境下的车内热环境具有重要的意义。本课题以某高速动车组列车为例,首先通过三维建模软件建立车体三维零部件模型和二维典型截面拉伸体模型,采用稳态计算得到车体的传热系数k值;其次在研究了不同腹板厚度及个数对铝型材的导热系数的影响后,采用更换保温层和铝型材腹板材料的方法加强车体的隔热性能;最后通过建立客室内部流场有限元模型,采用稳态模拟计算了在高寒、高温环境下车内温度场、速度场和CO浓度场,并用热舒性评价指标PMV评价了车内的热环境。通过研究,得出以下结论:(1)三维零部件模型计算得到整车传热系数为0.811W/(m·K),二维典型截面拉伸体模型计算得到k值为0.948W/(m·K),与同类车型的实测k值1.04W/(m·K)相比,二者误差约为8.8%,仿真模拟的精度较高。(2)在考虑车体隔热性能的情况时,通过减少腹板数量和厚度,降低型材腹板的热短路,提高车体隔热性能;将保温材料厚度减少一半,材料更换为Si O气凝胶后,隔热性能提升明显;而将腹板材料更换为CFRP材料,平壁结构的传热系数降低了52%,冷桥结构的传热系数则降低了63%;将铝型材材料全部更换为CFRP材料,二维典型无窗截面拉伸体的传热系数降低了56.6%。(3)高温与高寒环境下列车车内温度、流速和CO浓度分布均满足相关标准,客室内的PMV值基本保持在-0.5至0.5之间。车内的温度在乘客区域内相差基本保持在3K以内,速度场的分布除在出口和过道处存在较大值外,在人体附近都是较为均匀且小于0.25m/s。高温环境下,车内乘客区域的PMV值略高于0.5,相较于高寒工况较差。