碳钢客车废排系统结构改进分析.docx

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碳钢客车废排系统结构改进分析

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摘要：针对碳钢客车运行中废排风机烧毁的问题，本文采用Star-ccm+流体计算软件对其整车进行了三维湍流流场数值计算。文中重点对废排风道及自然通风器的排风效果进行了分析，并对空调回风道和废排风道进行了结构改进，得到了满足列车运行要求的风道结构。

关键词：废排风机烧毁数值计算废排风道结构改进

1引言

碳钢客车在实际运行中出现废排系统与空调机组不匹配的现象。空调弱通风时，废排风道有风排出；空调强通风时，废排风量很小，给风机转动施加了很大阻力，造成了风机运转过程中烧毁的故障[1]。此客车的废排风道与一位端回风道连接，回风道用隔板分为两部分，大部分回风通过空调机组通风机强制回到空调机组，一小部分回风通过废排风机强制排出车外，风道结构见图1。

为解决上述运行问题，本文在空调系统正常工作、废排风机启动时，进行了整车内、外空气流场计算。文中重点分析了废排风道及自然通风器的排风效果[2]，计算结果表明空气由废排风道及自然通风器向车内流动，不符合其工作原理。依据仿真计算结果及实车运行经验，对空调回风道和废排风道进行了结构改进，通过实车运行试验验证，空气由废排风道向车外流动，更改后的废排风道满足运行要求。

图1废排系统与回风系统结构图

2计算理论

对于列车空调通风系统问题的分析，由于空气流动过程中会有湍流现象的产生，因此将连续方程与动量方程作为控制方程使用的同时还要增加湍流控制方程。因此本文的控制方程包括连续方程、动量方程和湍流方程[3,4]。

流场描述微分方程为：

质量守恒方程（1）

动量守恒方程：（2）

（3）

（4）

紊流模型描述方程为：

紊动能方程：（5）

紊动耗散率方程：（6）

式中：

其中，、、分别为速度在x、y、z坐标方向上的分量（m/s）；为流场压力（Pa）；为空气密度（kg/m3）；为动力粘度系数（Pa·s）；为紊流粘度系数（Pa·s）；为紊流动能（J/kg）；为紊流动能耗散率（m2/s3）；，，，，为经验常数，取值为1.44，1.92，0.09，1.0，1.3。

3仿真计算

在车体静止情况下，通过运用流体仿真分析软件Star-ccm+对该客车整车进行了内、外流场计算。本文计算模型包括客室、进风道、回风道和排气道（废排风机和自然通风器），模型结构如图2所示。

(a)整个计算域(b)空调送风道模型

(c)空调废排风道和回风道模型(d)自然通风器模型

图2计算模型

本文计算模型的输入参数见表1。

表1计算参数

送风量（m3/h）

回风量（m3/h）

排风量（m3/h）

废排风机压头（Pa）

4500

3000

900

35

计算中主要考虑废排风口及自然通风器的排风情况，

根据计算得出客室内气流速度分配均匀。环境温度为40℃，车体静止情况下，4个通风帽和排风帽气流速度均朝向车体内部，导致卫生间及车体两侧温度偏高。

4结构改进方案

根据计算结果可知，环境温度为40℃，车体静止情况下，空调系统正常工作、废排风机启动时，4个通风帽和排风帽的气流流向均朝向车体内部，卫生间及车体两侧温度偏高。为了避免该类问题再次发生，对该型客车废排系统进行更改[5,6]。更改方案如下：（1）拆除回风道内的隔板、导流板，封堵回风道上排风口；（2）废排系统与回风系统从结构上独立。回风道不再分隔为两部分，仅有回风功能，废排系统直接与卫生间排风导筒连接，通过卫生间排放车内废气。具体结构如图3所示。

(a)空调系统回风道(b)空调系统废排风道

图3结构优化方案

结构更改后，在实际运行中测得废排风道向客室外排风的风量为273.6m3/h，空气由废排风道向车外流动，由此可知更改后的废排风道满足运行要求。

5结论

为解决碳钢客车在实际运行中出现的废排烧毁故障，本文对其进行了整车内、外空气流场计算。计算得到环境温度为40℃，车体静止情况下，空调系统正常工作、废排风机启动时，4个通风帽和排风帽的气流流向均朝向车体内部，卫生间及车体两侧温度偏高。根据计算结果，将废排系统与回风系统从结构上独立，废排系统直接与卫生间排风导筒连接，通过卫生间排放车内废气。结构更改后，实际运行中此型客车废排风机工作正常。

参考文献

[1]王宏亮，曹飞.浅议我国客运列车空调装置的运用.内蒙古科技与经济，2012,(7):97～98.

[2]陈焕新,黄素逸,张登春.空调列车室内气流分布的数值模拟.流体机械.2002,30(4):59～61.

[3]王福军.计算流体动力学分析.北京:清华大学出版社,2004.

[4]田红旗.列车空气动力学[M].北京：中国铁道出版社.

[5]王晓东.铁路客车空调的故障与处