鉄道車両内の空調解析#
背景#
鉄道車両内の空調システムに関するCFD（数値流体力学）解析は、その広範な解析領域ゆえに、計算資源の効率的な活用が重要な課題となる。特に、空調吹き出し口の形状変更が、車両室内の流速および温度分布に与える影響を迅速かつ正確に評価する手法が強く求められている。本稿では、これらの要求に応えるため、流速および温度分布など様々な物理現象に対し高速で解析が可能なCFDソフトウェアAdvance/FOCUS-iを用いたテスト解析の結果について報告する。
解析モデル#
解析に使用した解析モデルとその寸法を図1と表1に示す。
図1 解析モデル
表1： 解析モデル寸法
| No. | 項目 | 寸法[mm] |
|---|---|---|
| 1 | 車両室内長さ | 19,500 |
| 2 | 車両室内幅 | 2,400 |
| 3 | 車両室内高さ | 2,500 |
解析条件#
解析条件と、解析に用いた主要な計算手法を表2と表3に示す。
表2： 解析条件
| No. | 項目 | 内容 |
|---|---|---|
| 1 | エアコン吹き出し口位置 | 車両天井中央 高さ 2,500mm の位置 |
| 2 | エアコン吹き出し口幅 | 400mm |
| 3 | 流入速度 | 2m/s |
| 4 | 流入気体 | 空気 |
| 5 | エアコン吸気口位置 | 車両天井 荷物棚上部の2か所の位置 |
| 6 | エアコン吸気口幅 | 200mm × 2か所 |
| 7 | 流出境界条件 | 101,325 Pa ※圧力一定 |
| 8 | 現象時間 | 150 秒程度 |
| 9 | 総格子数 | 203,556 格子 |
表3： 解析に用いた主要な計算手法
| No. | 項目 | 詳細 |
|---|---|---|
| 1 | 時間進行法 | Dual time stepping with preconditioning |
| 2 | 擬似時間進行法 | LU-SGS with preconditioning |
| 3 | 対流項 | AUSMDV(P) |
解析結果#
鉄道車両内へ流入した気体の流線図を以下に示す。解析結果より鉄道車両の天井から風速2.0m/sで車両内に吹き込み、車両天井面に設置した吸気口に気体が流れる様子を確認できる。また、解析では温度分布も同時に解いているので、車両内の温度分布の結果も得ることが可能である。
解析所要時間：16 時間（28CPU 計算、Intel Gold 6330 2.00GHz）