公共交通工具乘员舱模拟的好处

有乘客的城市公交车上的太阳辐射图像

THESEUS‑FE可以用来解决各种公共交通工具内外的任何热问题,无论是公交车、有轨电车、地铁还是客运列车。THESEUS‑FE最闪耀的应用案例是对乘员进行热舒适性评估,以及分析不同玻璃或隔热措施的效果。

THESEUS‑FE可以帮助获得对公共交通的宝贵见解的案例概述:

  • 在极端气候条件下模拟夏季或冬季空调系统的功率,即所谓的最坏情况。典型问题如下:
    • 需要多高的空调系统的流量和入口温度才能维持整个乘员舱的舒适的温度水平,或在既定的时间内达到该温度水平?
    • 是否可能对整个乘员舱均匀加热,以确保所有座位都具有足够的舒适度?
  • 乘员舱热桥的定位
    • 最高热流出现在哪里,及其原因?
    • 局部隔热措施的比较
  • 作为传统空调方案替代品的新型辐射采暖板的尺寸设计。
  • 计算可能节省的能源量,为成本效益分析提供依据。
  • 在典型的夏季和冬季工况下,比较不同玻璃材料对能源效率的影响。这类模拟通常考虑玻璃对不同波长辐射的透射率和吸收率,以及一天中不同时间太阳相对运动时的日照负荷。
  • 对地球上不同地方全年模拟的成本效益分析。本例中使用了日照强度、太阳位置和其他环境条件的数学模型。
  • THESEUS‑FE模拟还可以解答的其他问题:
    • 乘员舱结构的空腔或隔热体内是否存在局部水汽凝结的风险。
    • 发动机余热对乘员舱气候的影响。
    • 乘员舱内表面是否存在可能过热损坏的热点区域?

案例研究:MAN A37公共汽车-用THESEUS‑FE进行的空调分析和对标

在与MAN汽车公司、大众汽车和慕尼黑应用科技大学的一个联合项目中,我们开发了用于预测MAN A37公交车空调性能的THESEUS‑FE模型。我们的工作重点是以MAN汽车公司F. Artmeier先生开发的基于Excel的软件工具验证THESEUS‑FE模型。

项目说明

用THESEUS-FE模拟狮城公交车MAN的有限元网格图像
MAN公交车的有限元网格

该项目的目的是展示THESEUS‑FE模拟公交车空调系统的能力。模拟的主要目标是推导出保持20℃恒定乘员舱温所需的空调系统的净功率。

在第一步中,我们通过将THESEUS‑FE的有限元结果与使用MAN汽车内部软件获得的结果进行比较,来验证有限元结果。Felix Artmeier先生开发并测试的MAN汽车内部软件是他2012年硕士毕业论文的一部分,该软件考虑了公交车厢的能量平衡。在第二步中,我们通过创建一个能够模拟乘员热舒适性的扩展的仿真模型,证明了采用THESEUS‑FE的优势。最后我们用莫利尔图验证了THESEUE-FE对空调系统功率的预测。

模型设置和计算结果

用THESEUS-FE在狮城公交车MAN上的有限元模型测定太阳辐射结果的图像
模拟公交车日晒的温度结果

THESEUS‑FE适用各种热边界条件,如传导,对流和辐射。该模拟的总体意图是推导出在德国典型夏季气候条件下的保持20℃恒定乘员舱温度(Tcabin)所需的空调系统的净功率。
对于THESEUS‑FE扩展模型,我们添加了座椅和额外的热源,如乘客的代谢发热和发动机加热。

该项目清楚地表明,THESEUS‑FE是公交车空调系统设计中一个有效的仿真工具。地球上任何地方的环境条件都可以很容易地导入到模型中。结果令人十分满意,并且证实了THESEUS‑FE是乘员舱空调系统参数预测的可靠工具。

Related publications available as free download

MAN Bus A37: HVAC Analysis & Benchmark with THESEUS-FE [english, 3.0 MB]
S. Paulke, F. Artmeier, K.-E. Yildirim, V. Bader, A. Gubner
P+Z Engineering, MAN Truck & Bus AG, Volkswagen AG, TU Munich

Project Report | August 19, 2013

Numerical Simulation of the Air Flow and Thermal Comfort in a Train Cabin [english, 1.3 MB]
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TU Ilmenau, DLR Göttingen

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Contra Vision bus window wraps - HVAC case study using THESEUS-FE [english, 0.8 MB]
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