【技术实现步骤摘要】
本申请涉及地铁车辆，特别是涉及一种地铁车辆传热系数计算方法及其应用、设备、介质。
技术介绍
1、地铁车辆司机室和客室内的温度分布情况是司机和乘客能够直接感知的重要指标之一，也是影响地铁车辆热舒适性的重要因素，地铁车辆整车传热系数是检验车辆保温、隔热性能的重要指标之一，是采暖、空调等设备选型的主要依据。依靠高精度数值计算方法，可在地铁车辆总体设计阶段，对其整车隔热性能进行计算评估与优化，避免整车制造完成后才能进行车体传热性能评估的局限性。进一步，提高地铁车辆的隔热性能，能够降低车辆空调系统的能耗，对整个城市地铁网而言，能够节约大量的电力资源，有效降低运营成本。
2、目前，针对地铁车辆的传热系数评估主要有两种方式：(1)在地铁车辆制造完成后进行整车传热系数评估测试试验，通过试验结果获得整车传热系数值；(2)在地铁车辆研发设计、或者生产制造时，基于设计模型采用有限元或者有限体积法对整车传热系数进行仿真计算，通过计算结果获得整车传热系数值。两种方法各有优劣，通过试验测试获取传热系数值的方法优点是获取的传热系数值准确，缺点是试验成本高、对实验场地和条件要求高，并且需要在车辆制造完成后才能试验获得，无法在设计阶段获取传热系数；通过仿真计算方法获取传热系数值的方法优点是能在设计阶段进行传热系数评估与优化、相比于试验仿真计算成本低和条件受限少，但是目前采用有限元或者有限体积法对整车传热系数进行仿真计算的时间周期也通常较长，一般一节车厢的完整计算评估周期3-7人/天,且有限元或者有限体积法仿真过程中占用计算资源量大，计算熟练度要求对设
3、如何提高地铁车辆整车传热系数计算评估与优化的效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术的目的为提供一种能快速计算地铁车辆整车传热系数的地铁车辆传热系数计算方法及其应用、设备、介质。
2、本专利技术提供的技术方案如下：
3、一种地铁车辆传热系数计算方法，包括：将地铁车辆客室或者司机室围护结构进行计算分区；分析上述各计算分区的的结构特征，分别获取每个分区中每层结构的厚度、导热系数；获得整体外购件部件的传热系数和传热面积，计算得到其它各分区的传热系数；计算获得整车传热系数，整车传热系数等于各个计算分区的传热系数值在面积上的加权平均值。
4、优选地，所述将地铁车辆客室或者司机室围护结构进行计算分区，包括依据车辆结构特征和各部分功能、以及对传热系数的影响特点，将车辆客室或者司机室的围护结构分为侧墙、地板、顶盖、边梁、空调平台、门、窗户玻璃、冷/热桥。
5、优选地，所述计算得到其它各分区的传热系数包括，通过该分区中每层结构的厚度、导热系数计算得到每个分区的传热系数，计算公式为
6、
7、式中，ki为分区i编号的传热系数，h1分区i编号材料外表面与车外气流对流换热系数，h2分区i编号材料内表面与车内气流对流换热系数，δi1至δin是分区i编号结构第1层至第n层的材料厚度，λi1至λin是分区i编号结构第1层至第n层的材料等效导热系数，i为各个计算分区编号，n为各个分区的结构特征层数。
8、优选地，所述计算获得整车传热系数中，整车传热系数的计算公式为：
9、这是不考虑冷/热桥的情况，式中，k为整车传热系数，ki为各计算分区的等效传热系数，fi为各计算区域的传热面积；
10、或这是考虑冷/热桥的情况，式中，k为整车传热系数，ki为第i个计算分区的等效传热系数，fi为第i个计算区域的传热面积，δt为传热系数计算时设置的内/外表面温差，一般取值20℃，q8j为第j各冷/热桥的在内/外温差表面20℃时单位长度的传热量，l8j为第j各冷/热桥的长度。
11、一种地铁车辆传热系数指标分配方法，包括：
12、s21、利用如上所述的地铁车辆传热系数计算方法得到的整车传热系数以及整车传热面积、各分区传热系数与传热面积、计算时内外表面温差，通过面积加权计算，计算各计算分区关联度，并由大到小进行排序，排序分配记为ξ1，ξ2，ξ3，ξ4，…；
13、s22、在获得合同或者标准要求的地铁车辆整车传热系数指标值kt后，分类各种地铁车型汇总各个计算分区传热系数值、传热面积的上限值、下限值和中位数值，冷/热桥则汇总冷/热桥的在内/外温差表面20℃时单位长度的传热量和冷热桥长度的上限值、下限值和中位数值；
14、s23、各个计算分区的传热系数值先取各分区的中位数值ki_avr，冷/热桥传热量值取值其中位数q8_avr，如果已有车辆的各计算分区的实际传热面积fi_real和热桥长度l8_real，则后续传热系数指标分配计算时就选取实际的传热面积和热桥长度，如果车辆设计阶段还未给出实际传热面积和热桥长度，则传热面积和热桥长度也选择中位数值fi_avr和l8_avr；将上述参数取值代入到整车传热系数值计算公式
15、
16、中，计算获得第1版的传热系数值kp1，式中，k为整车传热系数，ki为第i个计算分区的等效传热系数，fi为第i个计算区域的传热面积，δt为传热系数计算时设置的内/外表面温差，一般取值20℃，q8j为第j各冷/热桥的在内/外温差表面20℃时单位长度的传热量，l8j为第j各冷/热桥的长度；
17、s24、计算kp1与kt的差异系数σ，即σ＝(kp1-kt)/kt，如果-0.02≤σ≤0.02，则不调整指标分配，进入s26，否则调整指标分配，调整后获得新的各个计算分区的传热系数和传热面积参数值，代入到上述整车传热系数值计算公式中，计算获得第2版的整车传热系数值kp2；
18、s25、重复步骤s24，直至第j次计算获得差异系数-0.02≤σj≤0.02；
19、s26、至此完成了将合同或者标准要求的地铁车辆整车传热系数指标值kt分配到各个计算分区中；
20、s26、各个计算分区获得其自身的目标传热系数值kit后，分配到各个结构特征，包括：
21、s261、分类各种地铁车型汇总各个计算分区各个结构特征的导热系数、厚度的上限值、下限值和中位数值；
22、s262、根据车辆设计要求识别各个计算分区的各个结构特征是否能够改动设计参数，各个计算分区中不能变动的结构就用已有设计值计算的结果或中位线值；
23、s263、各计算分区中能变动的结果参数在第1版计算时取中位数值δij_min和λij_avr，然后将取值代入到分区传热系数计算公式
24、
25、中进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地铁车辆传热系数计算方法，其特征在于，包括：将地铁车辆客室或者司机室围护结构进行计算分区；分析上述各计算分区的的结构特征，分别获取每个分区中每层结构的厚度、导热系数；获得整体外购件部件的传热系数和传热面积，计算得到其它各分区的传热系数；计算获得整车传热系数，整车传热系数等于各个计算分区的传热系数值在面积上的加权平均值。
2.如权利要求1所述的地铁车辆传热系数计算方法，其特征在于，所述将地铁车辆客室或者司机室围护结构进行计算分区，包括依据车辆结构特征和各部分功能、以及对传热系数的影响特点，将车辆客室或者司机室的围护结构分为侧墙、地板、顶盖、边梁、空调平台、门、窗户玻璃、冷/热桥。
3.如权利要求1所述的地铁车辆传热系数计算方法，其特征在于，所述计算得到其它各分区的传热系数包括，通过该分区中每层结构的厚度、导热系数计算得到每个分区的传热系数，计算公式为
4.如权利要求1所述的地铁车辆传热系数计算方法，其特征在于，所述计算获得整车传热系数中，整车传热系数的计算公式为：
5.一种地铁车辆传热系数指标分配方法，其特征在于，包括：>
6.如权利要求5所述的地铁车辆传热系数指标分配方法，其特征在于，所述步骤S21中，计算各计算分区关联度包括：确定参考序列和各计算分区序列，参考序列为整车传热系数、整车传热面积、以及计算时内外表面温差的乘积，记为X0＝K×f总×ΔT，各计算分区序列，除冷/热桥之外分区，为各分区传热系数、该分区传热面积、以及计算时内外表面温差的乘积，记为Xi＝Ki×fi×ΔT(i为第i各计算分区)，冷/热桥计算分区序列为各冷/热桥的在内/外温差表面20℃时单位长度的传热量与该冷/热桥长度的乘积再求和，即标准化处理，对所有序列进行量纲归一化，并为参考序列和每个比较序列分配相同的权重，第i个计算分区序列标准化值为计算分区序列与参考序列比值，即X0/Xi；求取关联系数，识别各计算分区序列标准化值的最大差值(ΔXi_max)和最小差值(ΔXi_min)，计算各计算分区指标序列Xi与整车传热系数序列X0关联系数：Ri＝(ΔXi_min+ξ*ΔXi_max)/(ΔXi+ξ*ΔXi_max)，其中，ξ是分辨系数，取值范围在[0,1]，用于平衡最大差值和最小差值之间的影响。
7.如权利要求5所述的地铁车辆传热系数指标分配方法，其特征在于，所述步骤S24中，调整策略包括：如果差异系数σ≥0.2或者σ≤-0.2时，则优先调整计算分区关联度由大到小排序的前三项，即ξ1，ξ2，ξ3，其中差异系数σ≥0.2时，ξ1，ξ2，ξ3对应的计算分区参数中传热系数值和传热面积都要调整变小，调整变小时不能超过下限值，当差异系数σ≤-0.2时，ξ1，ξ2，ξ3对应的计算分区参数中传热系数值和传热面积都要调整变大，调整变大时不能超过上限值；如果差异系数0.2＞σ≥0.1或者-0.1≥σ＞-0.2时，则优先调整计算分区关联度由大到小排序的第2项至第4项，即ξ2，ξ3，ξ4，其中差异系数0.2＞σ≥0.1时，ξ2，ξ3，ξ4，对应的计算分区参数中传热系数值和传热面积都要调整变小，调整变小时不能超过下限值，当差异系数-0.1≥σ＞-0.2时，ξ2，ξ3，ξ4对应的计算分区参数中传热系数值和传热面积都要调整变大，调整变大时不能超过上限值；如果差异系数0.1＞σ＞0.02或者0.02＞σ＞-0.1时，则优先调整计算分区关联度由大到小排序的最后4项，其中差异系数0.2＞σ≥0.1时，关联度排序后4项对应的计算分区参数中传热系数值和传热面积都要调整变小，调整变小时不能超过下限值，当差异系数-0.1≥σ＞-0.2时，关联度排序后4项对应的计算分区参数中传热系数值和传热面积都要调整变大，调整变大时不能超过上限值。
8.一种地铁车辆设计方法，其特征在于，包括：通过如权利要求5或6或7所述的地铁车辆传热系数指标分配方法，获得地铁车辆各个计算分区以及各个计算分区中的各个结构特征的参数，根据这些参数对各个计算分区以及各个计算分区中的各个结构特征进行设计与选型。
9.如权利要求8所述的地铁车辆设计方法，其特征在于，还包括：给各个计算分区和计算分区中的各个结构特征赋予成本、重量、隔声量中一种或多种参数值，在地铁车辆传热系数指标分配方法的判断是否调整时，增加对成本、重量、隔声量中一种或多种因子的计算与判断，以获得满足设计要求的设计与选型方案。
10.一种设备，其特征在于，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序时实现如权利要求1至9任一所述方法的步骤。
11.一种可读存储介质，其特征在于：所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时...
【技术特征摘要】
1.一种地铁车辆传热系数计算方法，其特征在于，包括：将地铁车辆客室或者司机室围护结构进行计算分区；分析上述各计算分区的的结构特征，分别获取每个分区中每层结构的厚度、导热系数；获得整体外购件部件的传热系数和传热面积，计算得到其它各分区的传热系数；计算获得整车传热系数，整车传热系数等于各个计算分区的传热系数值在面积上的加权平均值。
2.如权利要求1所述的地铁车辆传热系数计算方法，其特征在于，所述将地铁车辆客室或者司机室围护结构进行计算分区，包括依据车辆结构特征和各部分功能、以及对传热系数的影响特点，将车辆客室或者司机室的围护结构分为侧墙、地板、顶盖、边梁、空调平台、门、窗户玻璃、冷/热桥。
3.如权利要求1所述的地铁车辆传热系数计算方法，其特征在于，所述计算得到其它各分区的传热系数包括，通过该分区中每层结构的厚度、导热系数计算得到每个分区的传热系数，计算公式为
4.如权利要求1所述的地铁车辆传热系数计算方法，其特征在于，所述计算获得整车传热系数中，整车传热系数的计算公式为：
5.一种地铁车辆传热系数指标分配方法，其特征在于，包括：
6.如权利要求5所述的地铁车辆传热系数指标分配方法，其特征在于，所述步骤s21中，计算各计算分区关联度包括：确定参考序列和各计算分区序列，参考序列为整车传热系数、整车传热面积、以及计算时内外表面温差的乘积，记为x0＝k×f总×δt，各计算分区序列，除冷/热桥之外分区，为各分区传热系数、该分区传热面积、以及计算时内外表面温差的乘积，记为xi＝ki×fi×δt(i为第i各计算分区)，冷/热桥计算分区序列为各冷/热桥的在内/外温差表面20℃时单位长度的传热量与该冷/热桥长度的乘积再求和，即标准化处理，对所有序列进行量纲归一化，并为参考序列和每个比较序列分配相同的权重，第i个计算分区序列标准化值为计算分区序列与参考序列比值，即x0/xi；求取关联系数，识别各计算分区序列标准化值的最大差值(δxi_max)和最小差值(δxi_min)，计算各计算分区指标序列xi与整车传热系数序列x0关联系数：ri＝(δxi_min+ξ*δxi_max)/(δxi+ξ*δxi_max)，其中，ξ是分辨系数，取值范围在[0,1]，用于平衡最大差值和最小差值之间的影响。
7.如权利要求5所述的地铁车辆传热系数指标分配方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱颖谋，刘慧芳，邓江明，周鹏，施柱，李中意，廖致远，邱昂，熊涵予，韩宏杰，张波，李旺，郭冰彬，周礼，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车有限公司，
类型：发明
国别省市：
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