CN102507220B - 高速车体客室温湿度和压力波动混合模拟系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速车体温湿度和压力波动混合模拟系统及使用方法，它主要由控制系统、与该控制系统相连接的检测系统、车体客室及与车体客室内连通的温湿度调节系统、压力调节系统构成。本发明能够模拟再现高速列车在实际运行中可能存在的温度大小、湿度大小、各种特性的压力波。能够建立起三个物理参数所有特性集与舒适性的关系，在此基础上为客室内空气三参数对舒适性影响的评价标准，进一步为舒适性的提升优化设计、材料的选型等都有着重要的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟系统及其使用方法，具体涉及一种高速车体客室温湿度和压力波动混合模拟系统及使用方法。
背景技术
近年来，随着高铁的迅猛发展，高速列车在运行过程中乘客的舒适性的问题是相继高速列车运行速度、服役可靠性、运行安全性研究之后的一个重要的课题。该问题得到了高度重视，需要深入的进行研究。但在研究过程中，有许多问题急需解决，如高速列车舒适性模拟试验技术、舒适性评价理论、舒适性的提升优化技术等。高速车体内温度、湿度、压力波动混合模拟方法就是研究高速列车客室内温湿度、压力波动三个物理参数的变化对乘客舒乘坐舒适性影响的一个试验系统，属于高速列车舒适性模拟试验技术的范畴。据铁道部《中长期铁路网规划》纲要,到2020年，全国高速铁路的运营里程达到12万公里以上，届时有一千列高速列车同时运行在路网中。可见，有关高速列车的舒适性研究的市场空间不言而喻，有关高速车体内温湿度、压力波动混合模拟方法及其模拟系统将有着广泛的市场需求。
目前，有关室内环境的温湿度模拟方法比较成熟和完善，可以实现一般气候条件下的温湿度模拟，也能实现高温低湿、低温高湿等特殊气候环境的模拟。其模拟的手段采用工业空调机组、除湿机、加湿机相结合的技术手段，采用先调温、后调湿的调整策略。
许多国家先后建立了各类不同规模的环境模拟设备，以适应兵器、航空和航天产品的发展。如美国NASA约翰逊空间中心的大型空间环境模拟设备，维也纳国际车辆研究试验中心的机车和车厢静态压力环境试验设备，英国皇家陆军科学研究院车辆环境试验室和日本筑波空间环境模拟舱等，这些大型环境模拟设备都包括气体压力模拟功能。这些压力试验设备主要是静态压力模拟试验，没有涉及到压力的瞬间波动问题。
机车车辆客室内部的温湿度模拟试验技术主要考虑空气的温度因素，调节的手段主要设备以空调为基础，对湿度的调节能力十分有限，对湿度的模拟有待进一步研究,需要增加专门的湿度控制设备。车内压力波动的产生是机车车辆在高速运行环境下的特有产物，低速作用下空气作用十分微小，压力波动主要是出现在高速列车进出隧道、交汇过程。目前关于高速环境下高速列车的压力波动模拟方法和试验装备，相关车辆厂正在研究中。
有关高速车体客室内温湿度、压力波动同时混合模拟方法和试验设备国内外未报道，已有模拟方法主要考虑单个因素的模拟，无法同时完全模拟高速车体客室内温度、湿度和压力波动三个参数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中没有高速车体客室内温度、湿度和压力波动混合模拟系统的问题。
本发明的技术方案为：高速车体客室温湿度和压力波动混合模拟系统，它主要由控制系统、与该控制系统相连接的检测系统、车体客室及与车体客室内连通的温湿度调节系统、压力调节系统构成。
进一步地，所述检测系统由与控制系统相连接的位于车体客室内的温度传感器、湿度传感器、压力传感器构成。
进一步地，所述温湿度调节系统由依次连接的进口气动碟阀、空调机组、湿度控制设备、进风风道、车内客室、出风风道、出口气动碟阀构成。
进一步地，所述压力调节系统主要由依次连接的第一压力稳定阀、进口电动比例控制阀、第二手动截止阀、进风风道、车内客室、出风风道、出口电动比例控制阀、第二压力稳定阀构成。
进一步地，所述压力调节系统主要由依次连接的第一压力稳定阀、进口电动比例控制阀、空调机组、湿度控制设备、进风风道、车内客室、出风风道、出口电动比例控制阀、第二压力稳定阀构成。
优选地，所述第一压力稳定阀前还设有第一手动截止阀，所述第二压力稳定阀后还设有第三手动截止阀。
进一步地，所述控制系统为计算机，其分别与空调机组、湿度控制设备相连接。
进一步地，所述计算机还连接有PID控制器，计算机通过PID控制器分别与进口电动比例控制阀、出口电动比例控制阀相连接。
基于上述模拟系统，本发明还提供了一种高速车体客室温湿度和压力波动混合模拟系统的使用方法，它包括：
a．向计算机输入期望模拟的温度、湿度和压力波；
b．打开进口气动碟阀和出口气动碟阀；
c．调节空调机组，由计算机判断车体客室内的温度是否与期望值相同，若相同进入下一步，若不同则重复执行本步骤；
d．调节湿度控制设备，由计算机判断车体客室内的湿度、温度是否与期望值相同，若相同进入下一步，若不同则重复执行步骤c和d；
e．通过控制器控制进口电动比例控制阀、出口电动比例控制阀、进口气动碟阀和出口气动碟阀，由计算机判断车体客室内的压力值是否为期望压力值，若相同结束试验，若不同则重复执行步骤e。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）充分考虑了空气压力、温度、湿度三个物理参数之间关联关系，温度变化对湿度变化影响大，湿度变化对温度变化影响小，温湿度变化对压力波动影响作用时间短，压力波动变化对温湿度变化作用时间长的根本特点。采用了混合模拟的方法,采用先调温度、再调节湿度、最后调节压力波动的调节顺序，实现空气在特定温湿度条件下的压力波动模拟。温湿度调节系统和压力调节系统共用车体自身的进风风道和出风风道，与单因素模拟方法相比较，系统的试验环境更接近实际车内的环境，充分利用高速列车风道分风的均匀性，该模拟方案技术经济性高，模拟效果好。
（2）本发明能够模拟再现高速列车在实际运行中可能存在的温度大小、湿度大小、各种特性的压力波。能够建立起三个物理参数所有特性集与舒适性的关系，在此基础上为客室内空气三参数对舒适性影响的评价标准，进一步为舒适性的提升优化设计、材料的选型等都有着重要的指导意义。必将实现高速列车乘坐的舒适性，为乘客提供一个环境优美、身心健康的乘坐环境，可见其理论意义、实际意义都十分重大。
附图说明
图1为实施例1的混合模拟系统的结构框图；
图2为实施例2的混合模拟系统的结构框图；
图3为控制策略框图；
图4为期望压力波形图；
图5为试验结果的压力波形图。
具体实施方式
实施例1 混合模拟系统的构建
如图1所示，高速车体客室温湿度和压力波动混合模拟系统，它由控制系统、与该控制系统相连接的检测系统、车体客室及与车体客室内连通的温湿度调节系统、压力调节系统构成。
检测系统为与控制系统相连接的位于车体客室内的温度传感器、湿度传感器、压力传感器构成。这样就能实时检测出车体客室内的相关参数并传输给控制系统。
温湿度调节系统由依次连接的进口气动碟阀、空调机组、湿度控制设备、进风风道、车内客室、出风风道、出口气动碟阀构成。进风风道和出风风道采用车体本身的风道。
压力调节系统主要由依次连接的第一压力稳定阀、进口电动比例控制阀、第二手动截止阀、进风风道、车内客室、出风风道、出口电动比例控制阀、第二压力稳定阀构成。
为了便于控制气流及在不使用时保护系统，第一压力稳定阀前还设有第一手动截止阀，所述第二压力稳定阀后还设有第三手动截止阀。
控制系统采用计算机，其分别与空调机组、湿度控制设备相连接。这样就能通过计算机统一控制温度和湿度。
为了能控制压力，所述计算机还连接有PID控制器，计算机通过PID控制器分别与进口电动比例控制阀、出口电动比例控制阀相连接。
实施例2 混合模拟系统的构建
如图2所示，本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于：压力调节系统中进口电动比例控制阀后接入空调机组、湿度控制设备然后再进风风道。当然，就不需要设置第二手动截止阀了。
实施例3 混合模拟系统的使用
如图3所示，在上述构建的混合模拟系统的基础上，通过下面的策略进行模拟：
a．向计算机输入期望模拟的温度、湿度和压力波；
b．打开进口气动碟阀和出口气动碟阀；
c．调节空调机组，由计算机判断传感器检测到的车体客室内的温度是否与期望值相同，若相同进入下一步，若不同则重复执行本步骤；
d．调节湿度控制设备，由计算机判断传感器检测到的车体客室内的湿度、温度是否与期望值相同，若相同进入下一步，若不同则重复执行步骤c和d；
e．通过控制器控制进口电动比例控制阀、出口电动比例控制阀、进口气动碟阀和出口气动碟阀，由计算机判断传感器检测到的车体客室内的压力值是否为期望压力值，若相同结束试验，若不同则重复执行步骤e。
实验结果
向计算机输入以下参数：期望温度20℃，期望湿度60%，期望的压力波形如图4所示。
得到的试验结果为：试验温度21℃，试验湿度61.3%，试验结果的压力波形如图5所示。
可见,该模拟系统的能够满足广义舒适度模拟试验平台关于温湿度、压力波动的试验需要。
Claims (6)
1.高速车体客室温湿度和压力波动混合模拟系统，其特征在于：它主要由控制系统、与该控制系统相连接的检测系统、车体客室及与车体客室内连通的温湿度调节系统、压力调节系统构成；其中，所述温湿度调节系统由依次连接的进口气动碟阀、空调机组、湿度控制设备、进风风道、车内客室、出风风道、出口气动碟阀构成；
所述压力调节系统主要由依次连接的第一压力稳定阀、进口电动比例控制阀、第二手动截止阀、进风风道、车内客室、出风风道、出口电动比例控制阀、第二压力稳定阀构成；
或者，所述压力调节系统主要由依次连接的第一压力稳定阀、进口电动比例控制阀、空调机组、湿度控制设备、进风风道、车内客室、出风风道、出口电动比例控制阀、第二压力稳定阀构成。
2. 根据权利要求1所述的高速车体客室温湿度和压力波动混合模拟系统，其特征在于：所述检测系统由与控制系统相连接的位于车体客室内的温度传感器、湿度传感器、压力传感器构成。
3.根据权利要求1所述的高速车体客室温湿度和压力波动混合模拟系统，其特征在于：所述第一压力稳定阀前还设有第一手动截止阀，所述第二压力稳定阀后还设有第三手动截止阀。
4.根据权利要求3所述的高速车体客室温湿度和压力波动混合模拟系统，其特征在于：所述控制系统为计算机，其分别与空调机组、湿度控制设备相连接。
5.根据权利要求4所述的高速车体客室温湿度和压力波动混合模拟系统，其特征在于：所述计算机还连接有PID控制器，计算机通过PID控制器分别与进口电动比例控制阀、出口电动比例控制阀相连接。
6.高速车体客室温湿度和压力波动混合模拟系统的使用方法，其特征在于：它包括：
a．向计算机输入期望模拟的温度、湿度和压力波；
b．打开进口气动碟阀和出口气动碟阀；
c．调节空调机组，由计算机判断车体客室内的温度是否与期望值相同，若相同进入下一步，若不同则重复执行本步骤；
d．调节湿度控制设备，由计算机判断车体客室内的湿度、温度是否与期望值相同，若相同进入下一步，若不同则重复执行步骤c和d；
e．通过控制器控制进口电动比例控制阀、出口电动比例控制阀、进口气动碟阀和出口气动碟阀，由计算机判断车体客室内的压力值是否为期望压力值，若相同结束试验，若不同则重复执行步骤e。
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