利用变频风机进行地铁环控空调通风的节能运行方案研究

【摘要】： 地下铁道是解决现代城市交通拥挤问题的有效手段,今后的二、三十年是我国城市地铁交通发展的高峰期。地铁环境控制系统是整个地铁工程的重要组成部分,因此如何优化设计地铁环控系统,节约能源耗用,降低环控系统运行费用,是值得关注的一个重要课题。 本课题的研究目的在于保证地铁系统的正常运营和乘客的热舒适性基础上,根据不同季节的气象条件以及不同时刻的列车密度和客流情况来控制地铁空调通风系统的正常运行,制定最佳的节能而有效的通风系统运行方案。 在参考了国内外大量关于地铁环控系统研究资料的基础上,本课题结合天津地铁一号线改扩建工程,主要做了以下几个方面的工作: 对地铁车站公共区的热负荷进行了分析计算,得出由于客流量、行车密度,气候的变化而引起的车站公共区负荷的波动规律,进而确定地铁车站公共区逐时通风量,为确定变风量环控方案提供基础资料。 在对地铁车站公共区逐时热负荷的研究基础上,结合天津市地铁一号线环控系统初步设计方案,提出空调风机的变频控制方案。此方案是根据负荷的变化,风机按照时间程序作分级运行,将风机系统配置变频控制器,使其连续变频运转。同时为了验证这种方案的可行性,对风机变频特性进行了试验研究,并用数值计算方法对此方案进行了模拟验证。 本课题应用计算流体力学(CFD)模拟的方法,借助于Gambit和Fluent软件,选择小白楼站(岛式站台)典型车站环控系统的风机进行了研究。模拟变频风机的压力场和速度场,同时计算变频功率和效率,以评价变风量环控系统的环控效果。 研究结果表明,在空调通风系统变频调速设计中,令风机按照时间程序作分级运行,可以满足地铁环控要求,并具有一定的经济性、可靠性和实用性。本研究为地铁通风系统的优化设计提供了有价值的参考依据。 【关键词】：地铁环境控制 CFD 变频控制
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：U231.5
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景8-12
• 1.1.1 地铁环境控制的特点8-9
• 1.1.2 地铁环境控制系统的主要形式9-10
• 1.1.3 地铁环境控制的研究现状10-12
• 1.2 本文研究的内容，方法和意义12-14
• 第二章 天津地铁环控系统概况14-19
• 2.1 环控系统的主要功能14-15
• 2.2 环控系统方式15-16
• 2.3 环控机房的布置16
• 2.4 站台和站厅的气流组织16-17
• 2.5 环控标准17-19
• 第三章 地下热湿负荷模拟及风机变频运行方案的确定19-35
• 3.1 地铁空调通风系统的控制方式19-20
• 3.2 全年气象资料20-23
• 3.2.1 夏季气象资料20-22
• 3.2.2 过渡季气象资料22
• 3.2.3 冬季气象资料22-23
• 3.3 地下热湿负荷的模拟计算23-27
• 3.3.1 车站设备发热负荷23-24
• 3.3.2 列车在站台发热量24-26
• 3.3.3 车站人员热湿负荷26-27
• 3.3.4 地铁公共区逐时热湿负荷27
• 3.4 通风量的确定27-31
• 3.4.1 按乘客所需新鲜空气量及新风负荷27-29
• 3.4.2 排除余热余湿量所需风量29-31
• 3.5 空调风机变频运行方案31-32
• 3.6 空调风机变频转速的估算32-34
• 3.6.1 风机的相似率32-33
• 3.6.2 相似律的实际应用33
• 3.6.3 夏季和过渡季风机转速的估算33-34
• 3.7 本章小结34-35
• 第四章 空调变频风机的CFD模拟35-49
• 4.1 物理模型35-37
• 4.1.1 风机简介35
• 4.1.2 物理机理35-36
• 4.1.3 物理模型36-37
• 4.1.4 边界条件的确立37
• 4.2 数学模型37-42
• 4.2.1 质量守恒方程（mass conservation equation）37-38
• 4.2.2 动量守恒方程（momentum conservation equation）38-39
• 4.2.3 能量守恒方程（energy conservation equation）39-40
• 4.2.4 边界层方程和抛物化方程40-41
• 4.2.5 标准k-ε双方程模型41-42
• 4.3 模型的数学求解42-48
• 4.3.1 FLUENT软件简介42-44
• 4.3.1.1 程序的结构42
• 4.3.1.2 FLUENT程序可以求解的问题42-43
• 4.3.1.3 用FLUENT程序求解问题的步骤43
• 4.3.1.4 关于FLUENT求解器的说明43-44
• 4.3.1.5 关于FLUENT求解方法的选择44
• 4.3.1.6 CFD在暖通空调产品开发中的应用44
• 4.3.2 常用数值方法44-46
• 4.3.2.1 有限差分法（Finite difference method, FDM）45
• 4.3.2.2 有限容积法（Finite volume method, FVM）45
• 4.3.2.3 有限元法（Finite element method, FEM）45-46
• 4.3.2.4 有限分析法（Finite analysis method, FAM）46
• 4.3.2.5 SIMPLE计算方法46
• 4.3.3 旋转模型的选择46-47
• 4.3.4 网格的生成47-48
• 4.3.4.1 网格质量控制技术47
• 4.3.4.2 本课题网格的划分47-48
• 4.4 小结48-49
• 第五章 变频风机数值模拟结果与实验结果的对比49-62
• 5.1 实验方法与装置49-50
• 5.2 实验结果与模拟结果的对比分析50-53
• 5.3 实际情况下风机性能模拟53-54
• 5.4 各工况下风机性能模拟54-62
• 第六章 结论及建议62-64
• 参考文献64-68
• 发表论文和科研情况说明68-69
• 致谢69

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