Расчет параметров микроклимата плацкартного вагона
Компания «ТМХ Инжиниринг» является центром проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ГК «Трансмашхолдинг» (ТМХ). «ТМХ Инжиниринг» реализует полный цикл конструкторской подготовки производства нового поколения рельсовых транспортных средств для железных дорог, метрополитенов и муниципального транспорта, а также основных компонентов подвижного состава. При проектировании современных транспортных средств предъявляются повышенные требования к их потребительским и эксплуатационным качествам. Одним из параметров комфортности пассажиров плацкартного вагона является микроклимат, обеспечиваемый системой вентиляции, отопления и кондиционирования. Современные возможности компьютерного моделирования позволяют оценить уровень комфорта пассажиров до изготовления транспортного средства и выявить недостатки систем обеспечения микроклимата на этапе проектирования.
Перед компанией «Саровский Инженерный Центр» поставлены следующие задачи:
- Определение параметров микроклимата в помещении плацкартного вагона габарита Т;
- Оценка соответствия теплового комфорта пассажиров принятым санитарным правилам для летних и зимних режимов эксплуатации вагона с учетом влияния закрытых шторок верхних спальных мест;
- Оценка требуемой холодопроизводительности кондиционера.
Решение задачи
Выполнено пространственное компьютерное моделирование установившихся тепловых режимов в салоне плацкартного вагона в лицензионном программном комплексе, предназначенном для решения трехмерных задач тепломассопереноса STAR-CCM+. В силу единой схемы системы кондиционирования во всех пассажирских помещениях вагона, из исходной геометрической модели выделяется одно отделение и извлекается внутренний объем с помощью встроенного инструмента Surface Wrapper. Боковые границы расчетной области соединены с помощью Periodic интерфейсов. Размерность расчетной объёмной сетки из усеченных элементов с призматическими слоями на поверхностях теплообмена и на адиабатных стенках составляет ~58 млн. ячеек. В расчетах применяется алгоритм разделенного (Segregated) стационарного решателя осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса, замкнутых двухпараметрической моделью турбулентности Ментера SST k-ω. Рабочая среда – сжимаемая жидкость (воздух), описывается с помощью модели идеального газа.
Результат
Для решения задачи использовались кластерные вычислительные ресурсы «Саровского Инженерного Центра». Разработана трехмерная численная модель для определения параметров микроклимата в пассажирском помещении плацкартного вагона при заданных условиях работы системы приточно-вытяжной вентиляции, кондиционирования и отопления для режимов теплого и холодного сезонов года с открытыми и закрытыми шторками верхних спальных мест. Выполнено 7 расчетов стационарных термодинамических режимов. Получены распределения температуры и давления воздуха по высоте и длине салона, определены скорости воздушных потоков в салоне плацкартного вагона. Приведена оценка комфорта пассажиров в плацкартных вагонах 61-4534Т в соответствии с принятым санитарным правилам. Определены требуемые значения холодопроизводительности установки кондиционирования воздуха для заданных режимов. Учет теплопроводности стенок и оптических свойств оконных стекол может значительно повлиять на требуемую холодопроизводительность установки. Результаты исследований следует учитывать Заказчику при доработке системы вентиляции, отопления и кондиционирования плацкартных вагонов.