[发明专利]建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法

说明书

建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法，属于计算机数值模拟技术领域，尤其是针对车载变风量空调进行模拟，进而得到总风量与新风量的定量关系式的方法。首先确定车载变风量空调系统新风、回风、总送风和风机全压的数学关系，然后建立包括空调机组关键部件和变频风机整车数值计算模型；设计并计算工况，进行整车的气流流动仿真计算；通过变频风机的实际工作点求解变风量空调运行时的新风量、回风量和总风量；利用多元非线性回归分析方法，建立变风量空调系统预测模型。

技术领域

本发明属于计算机数值模拟技术领域，尤其是针对车载变风量空调，特别是轨道车辆使用的变风量空调进行模拟，进而得到总风量与新风量的定量关系式的方法。

背景技术

随着我国交通事业的发展，轨道车辆，包括地铁和铁路客车车内环境舒适性已经成为了一个新兴的研究领域。 GB/T 12817-91《铁道客车通用技术条件》、EN14750-114750-1《Railway Applications Air Conditioning for Urban and Suburban Rolling StockPart I comfort parameters》等标准对车厢内的微风速和温度舒适性等参数进行了规定。

轨道车辆客室内的舒适性与总送风量、额定制冷量以及新风量等因素有关，为达到舒适性要求，需要根据车内负荷变化而调整总风量和新风量；而传统的轨道车辆空调设计一般只考虑总送风量和额定制冷量，无法满足标准规定的舒适性要求。

目前国内外是以车辆内部和送风道的气流组织、以及地铁车站通风系统为研究对象进行仿真和设计。国外对地铁车辆数值仿真的重点是发生火灾时地铁车站的烟气流动和控制、地铁车站通风系统最恶劣工况时的安全通风模式、高速列车车厢内的振动和噪声等问题。如Choquart Clodic等采用CFD软件计算了稳态工况下车辆内部气流流场、压力场的分布及热舒适状况，但是计算模型中未考虑空调系统。国内研究主要集中于地铁车厢和动车组车厢内的气流组织以及送风道的气流组织。周生存等介绍了地铁车辆空调风道设计的特殊性及国内地铁A型车空调的风道设计方法。刘洋等介绍了国内B型车的地铁车辆风道系统，对地铁车辆风道系统出风均匀性设计进行了分析。杨柳通过对风道系统的改进，将风道和车厢合并在一起建立物理模型，进一步进行数值模拟，计算得出风道的优化对车厢内气流组织、人体舒适度的影响。

对空调系统内部气流组织的研究，尤其是对轨道车辆上使用的变风量空调的研究为空白。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明采用数值模拟的研究方法，以有限体积法为理论基础，以空调机组、风道和车厢作为整体研究对象，建立整车数值计算模型，使用流体计算软件Fluent进行仿真计算并验证计算结果，进而建立风量调节数学模型，获得空调系统内部新风量/回风量与总风量的定量关系，以及新风口与回风口的阀门开度变化对新风量和回风量的影响规律。

本发明采用的技术方案是：建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法，包括以下步骤：

1）确定车载变风量空调系统新风、回风、总送风和风机全压的数学关系；

2）确定空调机组关键部件的模型及阻力特性；

3）确定变频风机的模型和性能参数；

4）建立整车数值计算模型；

5）设计并计算工况，进行整车的气流流动仿真计算；

6）通过变频风机的实际工作点求解变风量空调运行时的新风量、回风量和总风量；

7）利用多元非线性回归分析方法，建立变风量空调系统预测模型。