送风方式对高速列车通风和呼吸污染物扩散特性的影响

高速列车交通网络发达且载客量大,但车厢环境封闭易造成污染物的堆积,为提高乘车舒适性和安全性,基于计算流体动力学理论(CFD),建立满载工况的全尺寸车厢通风计算模型.针对排风口位于两侧车窗上端的排风方式,采用速度不均匀系数、温度不均匀系数、能量利用系数和通风效率作为列车通风系统的评价指标,对比研究6种送风方式对车厢内流场特性和呼吸污染物扩散特性的影响,包括多孔顶板送风、下部送风、多孔顶板送风+下部送风、局部多孔顶板送风、侧顶送风、局部多孔顶板送风+侧顶送风.研究结果表明:通过调整风口之间的流量分配比例可以使送风气流均匀地流向客室两侧,改善车内温度均匀性;采用下部送风时,有助于提高通风系统的能量利用系数和通风效率,分别高达1.38和1.21,但会恶化车内乘坐舒适性;通过研究乘客之间呼吸污染物的相互影响情况发现,第C列乘客的呼吸污染物容易向第B列乘客的呼吸区域进行扩散,加剧乘客之间的交叉感染;通过减小多孔顶板的送风口尺寸,采用局部多孔顶板送风可以有效缓解该现象,使污染物的体积浓度下降至0.0019.

可燃制冷剂在轨道交通车辆空调中的应用

[目的]为分析轨道交通车辆空调中的可燃制冷剂允许充注量,需研究可燃性环保制冷剂在轨道交通车辆空调中安全应用的可行性及方案。[方法]分析空调的安装场所及访问类别,结合不同可燃制冷剂热物性,计算当前轨道交通车辆空调中制冷剂的允许充注量。进一步通过空调间接换热系统的设计,提高轨道交通车辆空调中可燃制冷剂充注量限值,并就不同制冷剂的空调性能进行对比分析。[结果及结论]不同燃烧等级的制冷剂在轨道交通车辆空调中的允许充注量不尽相同,基于制冷剂燃烧下限的限制,可燃制冷剂在轨道交通车辆空调中难以直接使用,而通过间接换热设计可以有效提高可燃制冷剂在空调中的允许充注量,解决制冷剂燃烧性带来的安全风险问题,实现环保制冷剂在轨道交通车辆空调上的应用。

地铁站分体式蒸发冷凝制冷系统

[目的]蒸发冷凝制冷系统具有节能、节水、节地及无需地面冷却塔装置等优点,近年来蒸发冷凝制冷系统在地铁项目中的应用越来越多,因此需对地铁站分体式蒸发冷凝制冷系统进行分析研究。[方法]介绍了蒸发冷凝制冷系统及其制冷原理;以北京某地铁车站为例,结合其车站实际情况,对蒸发冷凝制冷系统的适用性、选型设置、设备布置、系统能效等进行了分析;分析了蒸发冷凝系统工程应用中常见的火灾工况、配管长度、水质处理、防水及防腐蚀等问题。[结果及结论]相较于传统冷水式螺杆式机组制冷系统,分体式蒸发冷凝制冷系统具有一定的节能优势。火灾工况时,应保证风墙嵌装型蒸发冷凝装置的燃烧性能整体达到A级不燃,并在嵌装位置采取有效的防火封堵措施。采取有效的水处理措施,减少水垢凝结对蒸发冷凝制冷系统运行效率的影响。各机组间的配管长度应控制在合理范围,以减少对蒸发冷凝制冷系统制冷量及能效比的影响。蒸发冷凝装置出风侧墙体及地面宜做防水处理。

基于Fluent的轨道车辆风道仿真及结构优化

基于某轨道交通车辆设计项目,在设计技术准备过程中,依据通风系统风道的安装空间要求,利用ANSYS Workbench软件对车辆的风道关键部分结构建立多种模型,通过数值模拟和优化分析,得到相关参数对风道流场的影响,提出了风道流场设计方案,为项目前期的方案准备提供了技术支持。

铁路客车单元式变频空调机组的研究及应用

空调机组是通过调节客室温度提高列车舒适性的重要装置,也是列车能耗的主要部件之一。目前轨道车辆空调机组主要分为定频空调和变频空调2种;定频空调是根据客室内热负荷的需求,压缩机以固定转速运转,通过启停压缩机改变制冷量输出,实现客室温度调节;变频空调是根据客室内热负荷的需求,通过变频器控制压缩机的转速,提供线性可变制冷量输出,实现客室温度调节。文章分析了25G、25T型铁路普速客车空调的应用现状,详细介绍了铁路普速客车上定频空调改造成变频空调的技术方案以及验证情况,结果表明,变频空调技术提高了铁路普速客车的舒适性并且节能,优势明显,建议推广。

高速列车运行时车体传热系数K值研究

车体传热系数K值是轨道车辆热工性能的重要指标,是高速列车空调系统能耗的重要影响参数。文章主要采用数值计算的方式,研究了高速列车车体传热系数K值。通过计算高速列车中间车的静止车体传热系数K值及运行条件下的车体传热系数K值,分析了不同运行速度时高速列车中间车车体传热系数K值的变化规律。计算结果表明:列车运行速度越高,车体传热系数K值越大,但增加幅度越来越小。此外,文章还分析了车体传热系数K值的变化对整车空调系统能耗的影响:高速列车以时速380 km运行时,相对于静止状态,由车体传热系数K值增大引起的整车空调系统能耗增加值不大。在设计高速列车时,相对于车体传热系数K值,更应注重列车高速运行时车体气密性。虽然车体传热系数K值增大引起的整车空调系统能耗增加值不大,但通过车体传入车内的热量仍较大,高速列车车体传热系数K值仍需控制在合理的范围内。

轨道列车空调通风系统有机化合物挥发特性研究

各种新型复合材料和胶类物质被广泛运用于轨道列车的空调通风系统,导致客室内部空气中的挥发性有机化合物含量提高,影响客室内空气质量。文章以保温棉、吸音棉、风道板材为研究对象,对轨道列车空调通风系统常用材料中挥发性有机化合物的释放量进行了测试,检测不同样品材料中有机化合物挥发的情况,并提出了空调通风系统常用材料中挥发性有机化合物的管控建议值。

标准地铁列车车顶空调导流罩CFD仿真及强度校核

时速120 km的系列化中国标准地铁列车高速进出隧道时,车顶空调导流罩受到较大的气动压力,且压力值无法通过计算得出。若空调导流罩强度不足,列车高速前进过程中会产生异响,影响乘车体验。文章通过计算流体力学(CFD)仿真手段对列车高速进出隧道时导流罩受到的风压载荷进行分析,同时结合有限元计算、螺栓强度计算对导流罩连接螺栓的强度进行校核,验证了导流罩及连接螺栓的强度满足设计需求。

地铁列车空调机组润滑油品质检测与试验研究

目的:随着地铁列车空调机组内润滑油的长期使用或其他外在因素的影响,润滑油会逐渐劣化而失效,并对制冷系统造成不利影响。因此,研究润滑油在不同条件下的劣化规律、劣化后性能及其对制冷系统的影响有着重要意义。方法:实测了经长期运行的地铁列车空调机组的性能;介绍了反映润滑油品质的重要理化指标及各指标的检测方法;对空调机组内润滑油进行取样检测;基于检测结果,分析了经长期使用的润滑油品质状况;对某常用POE(多元醇酯)油A和矿物油B开展了高温氧化试验,分析两种润滑油在高温和有氧环境下的劣化情况及其对空调机组内金属材料的腐蚀情况。结果及结论:运行十年左右的地铁列车空调机组润滑油品质会出现一定程度下降,这种品质变化会使得润滑油的润滑性和密封性变差,导致制冷空调机组性能的下降;润滑油的色度并不完全反映油本身的劣化程度;润滑油在高温条件下会快速氧化变质,造成黏度和酸值的升高,并快速腐蚀铜和铁等金属;通过检测润滑油的黏度、酸值、元素质量分数,可对运行异常机组进行原因分析,对运行正常机组进行隐患排查,在机组出现重大问题前预先发现异常,从而规避损失。

地铁列车空调送风风道优化设计研究

空调送风风道是地铁列车的关键部件之一,其性能优劣极大地影响着地铁的舒适性。如何优化空调送风风道结构,提升其送风均匀性成为亟待解决的难题。为改善风道的送风量、送风均匀性和噪声等指标,文章基于均匀送风管道理论设计与计算流体动力学仿真(CFD)验证的方法,优化了空调送风风道的结构。首先基于客室低噪声要求,将动压到静压转换的腰形孔的平均出流速度控制在5 m/s;其次通过送风风道动压与静压之间的关系进行理论计算,控制动压腔内的动压和动静压腔之间的静压差来保证送风的均匀性;不同于传统的等宽动压腔风道结构,优化后的送风风道的动压腔为缩径结构,此结构可提升风道的送风均匀性。为验证理论设计方法的准确性,采用CFD计算软件对通过理论设计优化的风道结构进行了流场仿真分析,将优化风道与原始风道模型搭建在同一客室模型上,并对两种风道与客室耦合模型的仿真结果进行了对比分析。研究表明通过理论设计优化的风道结构各腰形孔的送风均匀性都控制在20%以内,客室内风速分布也得到较大改善,进一步验证了理论计算优化方法的有效性,对于空调风道的工程应用具有指导意义。

城轨车辆直流辅助供电变频空调综合电源与控制方案研究

现有城轨车辆的辅助供电以工频交流系统为主,其输出的AC380V交流电为变频空调等设备供电,且空调电气控制未与辅助电源设备统一考虑、协同设计,造成系统电源重复变换,供电效率不高。文章在分析现有辅助供电技术和变频空调电气控制技术的基础上,采用近年逐步展开研究的中高频变流技术、变频空调综合电源与控制技术,提出一种采用直流架构的辅助供电系统及变频空调的综合电源与控制方案,首先详细阐述2种系统架构设计思路、综合电源装置的电气组成和控制方案,其次分析其在提高供电效率、减少部件数量、增强空调协同控制、提高乘车环境舒适性等方面的优势,同时指出方案的技术难点,最后对所述方案的技术和功能提升进行展望。

地铁车辆空调冷凝水库内排放研究与设计优化

为研究空调冷凝水排放最佳方案,从冷凝水排放结构着手,提出了集中排放方案。通过增设冷凝水箱、电磁控制阀等措施将运行中的冷凝水自动存储,并将排水口调整至车辆底部中央位置。工程实践证明,相比于排水沟和排水坡两种形式,优化车辆冷凝水排水结构可以节省90%的工程成本,并在检修影响、维护保养和外形美观等方面均具有明显优势。

高速列车风道阀门开度对车内压力及CO_(2)浓度的影响

为探究列车隧道压力激扰下换气风道阀门开度对车内压力及CO_(2)浓度的影响,基于计算流体力学理论,构建列车空调机组、换气风道阀门、管路系统及满载客室几何模型,计算了某型高速列车风道阀门在不同状态下的车内压力和CO_(2)浓度。研究表明:当列车以350 km/h的速度通过隧道时,风道阀门开度小于80%的情况下车内压力峰峰值及1 s变化率最大值与开度近似呈2次函数关系,3 s变化率最大值与开度近似呈线性关系;风道阀门开度关小至60%时,车内压力1 s变化率降低41.81%,压力舒适度等级由良好提升至优秀,CO_(2)浓度最大值上升15.38%,在允许范围内;风道阀门开度小于40%时,车内CO_(2)浓度将急剧升高,在20%开度处达到临界水平。综合考虑阀门开度对车内压力及CO_(2)浓度的影响可知,风道阀门开度在20%~60%为最佳。在隧道压力剧烈波动路段,将风道阀门彻底关断,车内压力1s变化率降低17.02%,压力舒适度等级由良好提升至优秀,CO_(2)浓度最大值上升10.29%,但仍在允许范围内。

城市轨道交通车辆智慧空调技术

智慧空调技术作为城市轨道交通车辆智能化运营的重要技术手段,主要根据车辆运行环境数据来调整空调运行模式,进而改善车内舒适度,对空调机组运行状态进行实时监测及关键零部件故障预警,实现空调机组的智能化健康管理,提升空调运营维护效率。智慧空调系统由车辆空调、车载网络及PHM(故障预测与健康管理)地面支持系统结合搭建而成,通过传感器来监控车辆空调使用环境数据,并自适应性调节空调运行状态以改善车内空气质量。在故障预测及健康管理方面,智慧空调技术通过搭建诊断模型,采集并传输空调机组运行状态数据,实现对空调机组多发性故障的及时预警,对关键零部件使用寿命进行老化预测并采取相应的健康管理措施,进而保障空调机组的安全运行。在车辆的维修维护中,智慧空调技术结合不同的诊断及预警模型数据,合理制定空调机组修程,将空调机组故障修与定时修为主的传统维修模式发展为基于安全监控和健康管理的智能化“状态修”模式。

地铁强冷和弱冷车厢的人体舒适率分析

目的:在夏季高温天气,车厢内的温度冷热不均成为了地铁乘客反映最多的问题,因此有必要研究地铁车厢环境温度对人体舒适率的影响问题。方法:对7条地铁线路强冷和弱冷车厢的温度及湿度平均值进行实测分析;建立车厢模型,并明确模型的边界条件;根据地铁车厢环境温度的实测数据,采用计算流体力学的方法,针对强代谢率乘客和弱代谢率乘客在不同环境温度下的PMV(预测平均评价)热舒适性评价指标,分析地铁车厢内4种典型截面处的人体舒适率。结果及结论:强冷车厢内的温度约为23℃,弱冷车厢内的温度约为26℃,强冷车厢和弱冷车厢的温度差约为3℃,且同一节车厢内的温度也有2~3℃的上下浮动;强代谢率乘客在20.7~22.0℃温度范围内的舒适率较高,在22.0℃时的舒适率达到最高,车内舒适率为41%。强代谢率乘客在20.7~22.0℃温度范围内的车内舒适率较高;弱代谢率乘客在23.0~24.3℃温度范围内的舒适率较高,在24.3℃时的舒适率达到最高,车内舒适率为42%。

不同气候区地铁列车空调全年动态负荷特性

车厢内空调负荷决定了列车空调机组的设计容量,目前车厢负荷通常按照国家标准规定的稳定负荷进行计算,实际上车外环境气象参数和车内载客量是实时变化的。因此,选取多个城市作为各气候区的典型城市,基于地铁列车空调负荷计算方法,对不同气候区典型城市地铁列车单节车厢内空调全年动态负荷进行计算,以探索不同气候区的地铁列车单节车厢空调的负荷特性和适合相应气候区的单台热泵空调机组设计容量。

地铁车辆空调系统变频改造及谐波抑制方案技术研究

随着城市轨道交通行业的飞速发展和国家对“节能减排”的重视,地铁列车空调系统的节能性变得尤为重要。早期地铁空调系统基本为定频空调,在不改变原有定频空调主体结构的前提下,通过换型为变频压缩机、增加变频器,以及开展相关的电路及结构改造可升级为变频空调,从而降低能源消耗。文章以某地铁公司变频空调改造项目为例,分析地铁车辆空调变频改造技术,针对变频改造中线性负载变为非线性负载时谐波电流注入导致谐波电压畸变超标,衍生出的SIV与空调匹配性问题,设计谐波抑制方案,通过在空调输入侧增加电感降低谐波分量,并叠加LC谐振回路对含量相对较高的5次方和7次方谐波进行反向振荡削减其谐波含量,有效将谐波电压降低在设计标准5%范围内。

UVC LED在轨道车辆空气杀菌消毒中的应用研究

轨道车辆车内空气中的细菌、病毒等通过其通风系统进行扩散和交换,可能造成乘客大面积、跨接触距离交叉感染。为保障乘客的出行安全,文章结合深紫外发光二极管(UVC LED)的特性,设计了一款UVC LED空气消杀模块,采用内置于轨道车辆送风道或回风道的方案,并设计适用于列车车厢内的杀灭试验方法,最后通过仿真和试验对杀灭效果进行分析。结果表明:UVC LED空气消杀模块可有效杀灭常见细菌、病毒等病原体,改善车内空气环境。

轨道车辆空调送风系统噪声振动传递分析

随着轨道交通的快速发展,噪声逐渐成为考察列车乘坐舒适性的一项重要指标。作为轨道车辆静止时的主要噪声源,空调送风系统产生的噪声会深刻影响乘客的舒适性体验,控制其噪声水平意义重大。传递路径分析可以评价分析激励点到响应点每条路径的贡献量,从而得到减弱噪声振动危害的方法。为了降低轨道车辆空调机组运行时通过风道传递到客车室内的噪声,对轨道车辆空调送风系统进行噪声振动传递路径的试验和仿真研究。首先,采用现场传递路径分析试验技术,获取其声/振能量传递的详细数据,并基于工况传递路径分析法(OTPA)对各传递路径的贡献量进行初步分析。随后,基于统计能量分析法(SEA)对空调送风系统噪声进行仿真分析,利用试验数据对仿真模型进行修正,验证仿真的有效性。最后,使用修正后的仿真模型探讨送风过程中空气噪声和机械结构振动噪声的产生及在客室内的传播规律。研究结果表明:客室噪声声压级峰值集中在315~1 000 Hz左右的中低频段;空气声是列车客室噪声的主要来源;空气振动是列车客室地板振动的主要来源;噪声激励源按对中部客室的噪声贡献率从大到小排行,依次为送风口,废排口,空调蒸发腔,回风口,空调冷却腔。研究工作可为轨道车辆空调送风系统的减振降噪优化提供参考依据。

苏州轨道交通1号线列车空调系统高压故障分析及对策

目的:2019年苏州地铁1号线列车空调系统高压故障频发,导致可上线列车数的减少及乘客投诉的增加,需找出故障的原因,并制定相应的改进措施。方法:基于列车空调发生高压故障常见故障原因开展初步排查,排除了部分故障因素;结合2019年1号线发生的19次列车空调高压故障发生的时段、日期及地点,对空调机组故障时的热负荷、外部温度及列车运行环境等因素开展进一步分析。找到故障原因后,提出了列车空调系统的优化及改进措施。结果及结论:故障的直接原因是隧道内局部区域的空气对流不佳。隧道整体环境温度越高,空调系统压力升高至超过高压开关动作阈值所需的时间越短,发生高压故障的概率就越高。在综合考虑了可行性和经济性后,采用了优化空调控制逻辑、控制列车在存车线停留时空调的开启时长这2项对策。经过运营验证,这2项对策有效杜绝了1号线因局部位置失去列车运行气流造成的空调高压故障。