Hafif raylı taşıtlarda modül tasarımının iç ortam hız ve sıcaklık dağılımına etkisinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak, hafif raylı taşıt (HRT) kategorisindeki bir demiryolu aracında yolcuların yerel ısıl konfor hesaplamaları için sayısal analizler yapılmıştır. Yapılan çalışmada sanal insan modeli geliştirilerek oluşturulan sayısal model, insan vücudu ile çevresi arasında gerçekleşen taşınım ve ışınım ile ısı transferi etkileşimlerini de içermektedir. Sayısal simülasyonlarda hava akışı ve ısı transfer karakteristikleri, sürekli rejim koşullarında hesaplanmıştır. Demiryolu taşıtlarının farklı iklim bölgeleri için ısıl konfor koşullarını tarif eden TS EN 14750-1 standardına göre sayısal simülasyon sonuçları yorumlanmış ve iki farklı durum için elde edilen sayısal sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Sayısal sonuçlar bu çalışmada yer alan deneysel verilerle uyum içerisindedir. Demiryolu taşıt kabini, modül adı verilen beş farklı parçadan oluşmakta ve her modül, yolcu kapasitesi ve oturma düzeni açısından farklı özelliklere sahiptir. Bu sayede farklı modül tasarımının hız ve sıcaklık dağılımına etkisi incelenmiştir. Sayısal sonuçlar, insan vücudunun yerel ısı transfer karakteristiklerinin, merkezi iklimlendirme ünitesinin (HVAC) tasarımı için önemli bir yere sahip olduğu gösterilmiştir. Yapılan çalışmada her modülün farklı ısı transferi ve hava akış karakteristiklerine sahip olduğu ve her bir yolcunun ısıl konfor algısının modüllerdeki oturma düzenine göre farklılık gösterdiği ve bu farklılığın Isıl Algı (TSENS) endeksi kullanılarak değerlendirilebileceği öngörülmüştür. Gerçekleştirilen bu çalışma, ulusal ve uluslararası bilimsel çalışmalara referans olma niteliğinde ve hafif raylı taşıtların HVAC alanında araştırmacılara yol gösterici özelliği taşımaktadır. Bir diğer önemli sonuç ise hava kanalının tek başına kullanımının demiryolu aracındaki tüm yolcular için ısıl konfor taleplerini karşılamadığıdır. Aksine, bu taşıtlar için farklı hava kanalı tasarım konfigürasyonları dikkate alınmalı ve geliştirilmelidir.

In this paper, a numerical investigation of local thermal comfort of passengers in a light rail vehicle (LRV) was performed by using Computational Fluid Dynamics (CFD) method. A virtual manikin model was developed and added to the numerical model which include convection and radiation heat transfer between human body and environment. In the numerical simulations, air flow and heat transfer characteristics were computed with steady-state conditions. The numerical simulation was performed considering TS EN 14750-1 standard described the thermal comfort conditions for different climatic zones of railway vehicles and two different cases were employed. The comparison of the numerical results to the experimental data obtained from this study was also presented and discussed. The numerical results were in good agreement with the experimental data used in this study. Railway vehicle cabin include five different parts called as module and each modules had different properties such as passenger capacity and seating arrangement etc. Thus, the effect of different module design on the velocity and temperature distribution of railway vehicle was investigated. The numerical results shown that the local heat transfer characteristics of the human body had significant importance to design an effective central heating, ventilation and air conditioning (HVAC) system. From the numerical results we shown that each module had different heat transfer and air flow characteristics and each passenger had different thermal sensation properties due to different seating arrangement in each module and these differences can be evaluated by using TSENS index. The numerical analysis developed in this study will be used as a reference study for scientific researches in the HVAC engineering of LRV vehicle. Another important result is that using a single air flow channel did not meet the thermal comfort demands for all passengers in this railway vehicle. Unlike, different air flow channel design configurations should be considered and developed for these vehicles.