丁前庄 许钰文 杨天智 吕知梅

摘 要：目前城轨车辆客室内部气流组织一般采用上部送风上部回风或者上部送风下部回风方式，其中上部送风上部回风方式约占80%左右，本文采用数值模拟对比两种气流组织形式的差异，以及对客室内部温度场的影响。

关键词：城轨车辆;上部回风;下部回风;人体模型;阻力

中圖分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0092-02

1 概述

本文通过模拟城轨车辆上送上回和上送下回两种气流组织方式对客室内部温度场的分布影响，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 物料模型及模拟方法

使用GAMBIT软件建模，FLUENT软件模拟。由于地铁车厢内结构复杂，车内障碍物较多，几何模型需对实际情况进行合理的简化[1]。

（1）考虑了车厢内座椅对气流的影响;（2）忽略了车内灯、扶手等尺寸较小障碍物对气流的影响;（3）由于车体呈横向和纵向的对称性，只考虑车体内部1/4模型进行计算。

车厢模型图1所示，车厢模型数据表1所示。

关于人体模型的大小，参考了Airpak软件自带的人体模型尺寸。为了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2所示。

建模时采用非结构四面体网格，车厢内空气为不可压缩气体，符合boussinesq假设，车壁传热系数设置为2.4W/（m2·K），通过能量方程及k-ε湍流模型，对车厢内部的温度场、气流速度进行模拟。

3 上送上回载人车厢的数值模拟

以条缝型送风口作为入口边界，送风速度为2.2m/s，送风温度设定为16℃。座椅座位坐满人，站立72人，模型可站立区域面积18.93m3，则可求得模型的车内站立密度为3.8人/m2。模拟得到车厢内平均空气温度22.21℃，车内不同截面的空气温度分布图如图2所示。

由图2中的温度分布情况可以得出结论：（1）通过图2的温度分布能明显看出送风气流可达到人体活动范围内，即头部至膝盖位置的空气温度能维持在25℃左右。（2）回风口位置的冷空气有回流现象，从图中可以看出，人体附件区域与拐角顶板存在1-2K的温差。

4 上送下回载人车厢的数值模拟

为了研究上送上回与上送下回通风方式对车内温度场的区别，将回排风口设置在座椅下方侧墙位置，每排座椅下方设置两个风口，其他模拟条件不变。模拟得到车厢内平均空气温度21.59℃，与上送上回方式的平均空气温度相差不大。车内不同截面的空气温度分布图如图3所示。

从图3可以看出，上送下回的通风方式使得气流有明显的贴壁现象，即靠近车壁的空气温度明显降低，但是中间区域的温度已经高于29℃。这非常不利于车内站立乘客的热舒适。

5 两种气流组织方式的差异

5.1 回风阻力

上送上回这种通风方式或多或少存在送风短路的现象，尤其是在载人时，乘客量越大，人体对送风的阻碍作用越大，气流不能顺利送至车辆底部，因此回流现象也越明显。采用上送下回的通风方式可以改善这一现象，充分利用送风，优化气流组织，提高空调系统利用效率。上送下回通风方式相比上送上回而言，由于气流要经过人体间隙，最终进入回风口，气流阻力势必增加[2]。表3所示列出了两种送回风型式的压力值。

上送下回车厢的回风阻力明显高于上送下回车厢，相比于上送上回载人车厢，上送下回载人车厢的回风阻力高出63.4%。文中模拟的载人车厢车内站立密度为3.8人/m2，乘客之间还有许多空隙。而对于上送下回车辆，如果车内人数增加，乘客之间的空隙减小，回风阻力将会明显增加。当车内站立密度高达8人/m2时，乘客之间几乎没有空隙，回风阻力变得非常大，需要增加送风机的压头以克服气流的回风阻力。

5.2 上送下回通风方式的贴壁现象

通过图2及图3可以发现，上送下回的通风方式极大的改善了送风短路的现象，送风能够通过乘客之间的空隙，送至地板位置。但是由于回风口的位置只能布置在座椅下方，使得气流有明显的贴壁现象，即靠近车壁的空气温度明显降低，但是中间区域的温度已经高于29℃，这非常不利于车内中部站立乘客的热舒适性。

6 结语

（1）上送上回的通风方式在载人时容易出现车内送风短路的现象，上送下回的通风方式能够将冷气流充分送至人体活动区，解决送风气流短路现象，但是回风阻力会比上送上回的车辆大许多，同时上送下回易造成车厢乘客站立区域的温度偏高的现象;（2）针对上述问题，目前我们正在对上部回风与下部回风结合的方式进行仿真研究。

参考文献

[1] 易柯.地铁车辆空调系统气流组织数值计算与分析[J].城市轨道交通研究，2009（11）：40-44.

[2] 丁前庄.城轨车辆客室中顶板格栅送风与孔板送风方案仿真对比[J].科技中国，2018（4）：334-335.