轨道车辆空气调节试验人体湿负荷模拟装置及模拟方法与流程

1.本发明属于轨道车辆空气调节试验领域，特别涉及一种轨道车辆空气调节试验人体湿负荷恒压恒温恒量蒸汽式模拟装置及模拟方法。


背景技术：

2.湿负荷通常是指特定空间内的湿源(人体散湿等)向该空间的散湿量，也是为维持空间内含湿量恒定需除去的湿量。在轨道车辆空气调节试验领域，技术人员关注的是人体湿负荷(人体散湿量)，而这种人体湿负荷通常通过单位时间内加入到室内空气中水蒸气的汽化潜热总量来模拟。
3.本领域中，通常采用的技术手段是，通过加热水槽类设备而对轨道车辆室内人员的湿负荷(潜热)进行模拟，通过该设备的输入功率以及相关经验数据来定量控制人体湿负荷。但是，这样的技术手段存在如下主要不足：1、水槽内的水位和温度不恒定，单位时间内水的蒸发量以及加入到室内空气中的汽化潜热总量无法精确确定；2、水槽本身向室内空气散发额外显热，而该部分热量与周围空气的温度、湿度、流速、压力，以及水槽尺寸均有关联，机理非常复杂。现有的做法为：仅考虑周围空气的温度变化，假设湿度恒定，忽略其他因素，进行简化试验。通过试验得出额外显热数据，进而拟合出数据曲线应用于试验中。由于简化因素较多，因此难以精准定量设备散发的额外显热。因此，难以精确定量模拟人体的湿负荷。


技术实现要素：

4.为了严格执行轨道车辆空气调节试验标准，更加精确地模拟人体湿负荷，本发明提供一种轨道车辆空气调节试验人体湿负荷恒压恒温恒量蒸汽式模拟装置及模拟方法。本发明的模拟装置及模拟方法从人体湿负荷的本质切入，采用向室内喷入“恒压、恒温、恒量”水蒸气的方式模拟人体湿负荷。根据水蒸气的热力性质，一定压力和温度下水的汽化潜热为定值，再结合蒸汽流量即可计算出汽化潜热功率，即人体湿负荷。同时，通过输入功率减去人体湿负荷(潜热功率)的方法，精准确定设备散发的额外显热功率。
5.本发明的实施例提供一种轨道车辆空气调节试验人体湿负荷模拟装置，所述模拟装置包括：蒸汽发生器以及管路，其中：所述蒸汽发生器根据要模拟的人体湿负荷生成恒压、恒温、恒量的蒸汽；所述管路的一端连接至所述蒸汽发生器的输出口，另一端延展至所述蒸汽发生器的周边区域，从而将所述蒸汽发生器生成的恒压、恒温、恒量的蒸汽输送至所述轨道车辆，在所述轨道车辆内部对人体湿负荷进行模拟。
6.进一步地，所述模拟装置还包括位于所述蒸汽发生器的输出口的下游的第一测量仪表组，所述蒸汽发生器还包括流量调节装置，所述流量调节装置根据所述第一测量仪表组的测量结果对所述蒸汽发生器的蒸汽生成进行调节。
7.进一步地，所述模拟装置还包括用于向所述蒸汽发生器提供电功率的电源以及设置在所述电源与所述蒸汽发生器之间的第二测量仪表组，从而能够计算所述蒸汽发生器的
输入功率。
8.进一步地，所述模拟装置还包括用于向所述蒸汽发生器供水的水源以及设置在所述水源与所述蒸汽发生器之间的净化装置和第三测量仪表组，从而能够对供给至所述蒸汽发生器的水进行净化和监测。
9.进一步地，所述管路上设置有旁通泄汽阀，从而在所述管路出现过压时释放蒸汽降低管路压力。
10.进一步地，所述管路包括多个支管路接头，从而在所述管路的另一端延展至所述蒸汽发生器的周边区域时将蒸汽供给至多个位置。
11.进一步地，所述模拟装置还包括与所述支管路接头配合的支管路，所述支管路设置有测量仪表和蒸汽调节装置，从而对该支管路的蒸汽供给进行监测和调节。
12.进一步地，所述管路的外壁敷设有保温材料，从而降低周围环境对所述管路中的蒸汽的影响。
13.进一步地，所述管路由无规共聚聚丙烯材料制成。
14.本发明的实施例还提供一种轨道车辆空气调节试验人体湿负荷模拟方法，所述模拟方法包括：基于进行空气调节试验的轨道车辆，确定要模拟的人体湿负荷；利用蒸汽发生器根据要模拟的人体湿负荷生成恒压、恒温、恒量的蒸汽；配置管路，所述管路的一端连接至所述蒸汽发生器的输出口，另一端延展至所述蒸汽发生器的周边区域；利用管路将所述蒸汽发生器生成的恒压、恒温、恒量的蒸汽输送至所述轨道车辆，在所述轨道车辆内部对人体湿负荷进行模拟。
15.通过本发明的轨道车辆空气调节试验人体湿负荷恒压恒温恒量蒸汽式模拟装置及模拟方法，能够在轨道车辆空气调节试验中精确确定潜热，精确地模拟人体湿负荷，能够精确确定额外显热量，同时改善了供电安全性，减少了装置的空间占用，提高了装置的适用灵活性。
附图说明
16.构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
17.图1为根据本发明具体实施例的轨道车辆空气调节试验人体湿负荷模拟装置的示意图。
18.图2为根据本发明具体实施例的轨道车辆空气调节试验人体湿负荷模拟方法的流程图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根
据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
21.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
22.图1为根据本发明具体实施例的轨道车辆空气调节试验人体湿负荷模拟装置的示意图。
23.如图1所示，根据本发明的实施例，一种轨道车辆空气调节试验人体湿负荷模拟装置10包括蒸汽发生器11以及管路12。蒸汽发生器11根据要模拟的人体湿负荷生成恒压、恒温、恒量的蒸汽；管路12的一端连接至蒸汽发生器11的输出口，另一端延展至蒸汽发生器11的周边区域，从而将蒸汽发生器11生成的恒压、恒温、恒量的蒸汽输送至进行空气调节试验的轨道车辆，在轨道车辆内部对人体湿负荷进行模拟。这里，延展的意思是，蒸汽释放管路并不限于开孔管道，而是包括通过串并联的方式形成开孔管道网络的情形。
24.人体湿负荷本质上是单位时间内加入到室内空气中水蒸气的汽化潜热总量。从该本质切入，本发明的实施例提供一种“恒压、恒温、恒量”蒸汽式模拟装置，该装置向室内空气中喷放“恒压、恒温、恒量”的蒸汽。依据水蒸气的热力性质，一定压力和温度下水的汽化潜热(kj/kg)为定值，再结合蒸汽流量(kg/s)，两者相乘即可计算出潜热功率(kw)。当上述潜热功率与人体湿负荷(kw)数值一致时，即达到用高温高压蒸汽汽化的过程，模拟人体常温常压下的散湿过程。
25.根据本发明的实施例，模拟装置10还包括位于蒸汽发生器11的输出口的下游的第一测量仪表组13，蒸汽发生器11还包括流量调节装置，流量调节装置根据第一测量仪表组13的测量结果对蒸汽发生器的蒸汽生成进行调节。
26.第一测量仪表组13包括温度计、压力表和流量计，用于监测管路中蒸汽的参数。本领域技术人员可以理解，第一测量仪表组13可以是多个独立仪表的组合，也可以是“流量、温度、压力”三合一的仪表。集成在蒸汽发生器11中的流量调节装置与第一测量仪表组13协同工作，实现蒸汽流量的精确控制。另外，本领域技术人员应该理解，单独设置在管路12中的流量调节装置(即，并非集成在蒸汽发生器11中)也在本发明的保护范围之内。
27.根据本发明的实际应用场合，可以使用本领域已知或未来开发的任何蒸汽发生器。本发明实施例使用的蒸汽发生器的主要工作原理为：利用电能加热水并使其沸腾进而产生蒸汽。由于水的沸腾是在定压条件下进行的，从而实现“恒压”；由于水在沸腾时，不论是水还是蒸汽，其温度不变，从而实现“恒温”；由于供给蒸汽发生器的电能恒定，故而生成蒸汽的流量亦恒定，从而实现“恒量”。
28.根据本发明的实施例，模拟装置10还包括用于向蒸汽发生器11提供电功率的电源
以及设置在电源与蒸汽发生器11之间的第二测量仪表组14，从而能够计算蒸汽发生器11的输入功率。第二测量仪表组14包括电压表和电流表，能够精确测量输入蒸汽发生器11的电压和电流值，并以此计算输入功率。
29.根据本发明的实施例，模拟装置10还包括用于向蒸汽发生器11供水的水源以及设置在水源与蒸汽发生器11之间的净化装置15和第三测量仪表组16，从而能够对供给至蒸汽发生器的水进行净化和监测。
30.蒸汽发生器11的储水容积通常有限，因此长时间连续工作时应手动补水或使用水源自动供水。根据本发明的实施例，水源与蒸汽发生器11之间还设置了净化装置15，从而能够保证水质清洁，避免污染或结垢。第三测量仪表组16包括温度计和压力表，能够对水源状态进行监测。
31.根据本发明的实施例，模拟装置10的管路12上设置有旁通泄汽阀(未示出)，从而在管路12出现过压时释放蒸汽降低管路压力，能够改善模拟装置10的安全性。
32.根据本发明的实施例，管路12包括多个支管路接头17，从而在管路12的另一端延展至蒸汽发生器11的周边区域时将蒸汽供给至多个位置。根据本发明的实际应用场合，可根据进行试验的不同轨道车辆的车型特点选择、配置供给蒸汽的多个位置。
33.另外，根据本发明实施例的模拟装置10还包括与支管路接头17配合的支管路，支管路设置有测量仪表(例如，压力表)和蒸汽调节装置(例如，阀门)，从而对该支管路的蒸汽供给进行监测和调节，如根据实际需要调节喷汽量。
34.根据本发明的实施例，管路12的外壁敷设有保温材料，从而降低周围环境对管路12中的蒸汽的影响，例如，避免蒸汽在输送过程中因冷却而凝结。另外，根据本发明的实施例，采用多台蒸汽发生器同时工作，每台蒸汽发生器配合短距离管路的方案，也可以降低周围环境的影响。
35.根据本发明的实施例，管路12由无规共聚聚丙烯(pp-r)材料制成，轻便灵活。
36.图1中的虚线框示出了轨道车辆的内部区域。根据本发明的实施例，除了电源和水源之外，其他全部组件都位于轨道车辆的内部区域中。当然，这并不构成对本发明的限制。
37.根据本发明实施例的轨道车辆空气调节试验人体湿负荷模拟装置，能够实现的技术效果和优点包括：
38.1、潜热定量精准。现有装置由于水槽内的水位、水温不恒定，且蒸发量还受到周围空气流速的影响，因此很难做到精确确定潜热量。而本装置生成恒压恒温恒量的蒸汽，因此可根据该压力和温度下水的汽化潜热和蒸汽流量精确计算出汽化潜热功率的数值。
39.2、额外显热定量精准。模拟潜热装置都会向室内空气中散发额外的显热量。在使用现有装置过程中，额外显热量的数值是根据经验公式而得，并无理论依据。而本装置由于可以精准确定潜热量，再根据装置的输入功率，两者相减即可得到额外显热量的精确数值。
40.3、供电安全。现有装置需要向车上引入三根潜热装置主供电线缆及数十根支线缆用于为设备供电，存在安全风险。而本装置只需将供给蒸汽发生器的电缆引入车内即可，无需布置数十根为加湿器供电的支线缆，因此可有效减小触电风险。
41.4、小巧灵活。现有装置通过在不同位置布置水槽来实现潜热的分布，较为笨重，不易调整，且占用空间较大。而本装置的管路可采用小巧轻便的无规共聚聚丙烯(pp-r)材质，在不同位置预留管路接头，可根据不同车型的特点布置相应的潜热分布，同时节约了室内
空间。
42.下面通过一个具体示例来对本发明的实施例进行说明。
43.在轨道车辆空气调节试验中，选择的蒸汽发生器的输入电压为ac220v，额定功率为3kw。正常情况下，该蒸汽发生器消耗的电功率为3kw。为了精确的定量，在蒸汽发生器的输入线路上，使用电压表和电流表精确测量电压和电流值，并以此计算输入功率。
44.由于该蒸汽发生器的储水容积有限(18l)，因此长时间(超过3.5小时)连续工作时手动补水或使用水源和管路自动供水。供水管路上还串联净化装置15保证水质清洁，避免污染或结垢。供水管路上安装有温度计和压力表，以监测水源状态。
45.蒸汽发生器的核心工作过程为水在定压条件下沸腾产生蒸汽。蒸汽发生器的工作压力从0.1mpa(常压)至0.4mpa可调，而水沸腾时的温度，即“饱和温度”，也和压力有着对应的关系。例如，0.1mpa时水的饱和温度约为100℃，0.4mpa时水的饱和温度约为144℃。蒸汽发生器集成有压力表和流量调节装置。根据本发明的示例，蒸汽发生器在0.1mpa的压力下，即出汽温度100℃的条件下工作。
46.蒸汽离开蒸汽发生器进入管路后，通过测量仪表组来测量蒸汽的流量、温度和压力。根据本发明的示例，使用“流量、温度、压力”三合一的仪表进行检测。蒸汽发生器的流量调节装置与测得的流量协同工作，实现流量的精确控制。
47.根据本发明的示例，蒸汽发生器在0.1mpa的压力、蒸气温度为100℃的条件下工作，测得输入功率为3kw、蒸气流量为4kg/h，计算潜热功率和额外显热功率。
48.通过查询技术手册和相关图表，水在0.1mpa下的饱和温度为100℃，汽化潜热为2257kj/kg，根据蒸气流量4kg/h计算出汽化潜热功率为：
49.2257kj/kg
×
4kg/h＝2.5kw。
50.由于已测得输入功率为3kw，因此将输入功率与汽化潜热功率相减，得出额外显热功率为：
51.3kw
–
2.5kw＝0.5kw。
52.因此，根据本发明的实施例，可以精确地模拟汽化潜热功率并计算出额外显热功率。
53.另外，管路及支管路采用pp-r材质、dn15管径的管道，在实际运用中将管路结合弯头、直通、三通、四通等配件，拼接成管道输送网，将蒸汽输送至指定位置。同时，为了避免蒸汽在输送过程中因冷却而凝结，在管道外壁敷设保温材料，降低周围环境对蒸汽的影响。
54.图2为根据本发明具体实施例的轨道车辆空气调节试验人体湿负荷模拟方法的流程图。
55.如图2所示，根据本发明实施例的轨道车辆空气调节试验人体湿负荷模拟方法包括以下步骤：
56.s10，基于进行空气调节试验的轨道车辆，确定要模拟的人体湿负荷；
57.s20，利用蒸汽发生器根据要模拟的人体湿负荷生成恒压、恒温、恒量的蒸汽；
58.s30，配置管路，管路的一端连接至蒸汽发生器的输出口，另一端延展至蒸汽发生器的周边区域；
59.s40，利用管路将蒸汽发生器生成的恒压、恒温、恒量的蒸汽输送至蒸汽发生器的周边区域，在轨道车辆内部对人体湿负荷进行模拟。
60.通过上述轨道车辆空气调节试验人体湿负荷模拟装置及模拟方法，能够在轨道车辆空气调节试验中精确确定潜热，精确地模拟人体湿负荷，能够精确确定额外显热量，同时改善了供电安全性，减少了装置的空间占用，提高了装置的适用灵活性。
61.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
62.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
63.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
64.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。