本文基于凯发k8国际通用流体仿真软件PERA SIM Fluid，对某大型铁路客站候车大厅召开稳态通风传热数值模拟。完整链路包含几何模型修复、多面体网格划分、物理模型选择、材料参数与边界条件设置以及仿真计算，最终得到关注的通风设计结果。本文顺利获得云图、矢量图、流线等方式对仿真结果进行可视化分析，实现大型铁路客站室内通风的三维仿真，并为后续优化设计给予理论依据。

关  键  词：PERA SIM Fluid；铁路客站；通风传热；三维仿真；CFD

大型铁路客站候车大厅平面跨度大、空间开敞、送回风口数量多，大厅中的座椅、设备及围护结构会改变局部气流路径。同时，客流密度与运行工况随时段变化，导致同一送风量在不同位置可能形成截然不同的速度与温度分布。因此，候车大厅暖通方案设计不能仅看总风量，更需关注送风射流能否有效覆盖旅客活动区、风口附近是否存在局部高速区、远端是否出现低速滞留区，以及热源和构件附近是否形成温度梯度。

计算流体力学（CFD）顺利获得求解质量、动量与能量守恒方程，可取得温度、速度和压力的全场分布，并能在统一模型和评价口径下调整风口位置、送风速度、送风温度及热负荷，适合方案阶段的机理分析与多工况比较。本文基于候车大厅模型，使用PERA SIM Fluid完成几何模型修复、网格划分、稳态传热流动求解与后处理，展示了大型公共空间通风热环境的完整分析流程。

需要说明的是，本文未涉及实测数据、试验报告或外部软件对比结果，模型也未完整引入人员、照明、围护结构传热、太阳辐射及门区渗透风等负荷，因此，本文的分析结果主要用于设定工况下的机理分析与软件流程验证，用于说明该工况下的场分布特征，为后续精细化建模、多工况对比及实际车站的优化设计给予基础参考。

2.1 几何模型与计算域

本算例分析的铁路客站候车大厅三维模型特征尺寸为66020.8 mm，即约66 m。模型中包含22个固体热源、门、窗以及28个空调送风口与11个出风口。

将候车大厅STP模型导入PERA SIM Fluid后，利用几何快速修复功能处理模型的缝隙与相交关系，利用边界分组功能来区分模型的入口、出口、壁面及流固耦合面，并基于流体域识别功能将大厅内部空气区域转换为可划分体网格的计算域。

图1 候车大厅三维模型

2.2 网格划分

考虑到候车大厅整体尺度与风口、构件等的局部尺度差异，本算例采用多尺度网格控制：全局最小尺寸10 mm、最大尺寸200 mm，增长率1.2；壁面附近设置3层边界层，首层高度5 mm，层间增长率1.2，最大总层高18.2 mm。

最终得到的网格包含1,562,230个总单元，其中三角形8个、四边形646个、多边形176,481个、多面体体网格1,385,095个。网格整体质量为0.97，最低值为0.01。需要说明的是，在正式工程应用中，应结合低质量单元位置和网格独立性进行复核调整相关网格尺寸。

图2 候车大厅网格划分结果

2.3 物理模型与边界条件

求解类型设置为压力基、稳态、不可压缩，参考压力为101325 Pa。开启能量方程与浮力模型，重力沿Z轴负方向，大小为9.81 m/s²；空气参考密度为1.205 kg/m³，参考温度为298.15 K。湍流采用标准k-ε模型，用于描述候车大厅内送风射流及其与周围空气的湍流混合。

图3 压力基稳态与浮力模型设置

计算域主要边界条件设置如下：

▪ 速度入口：法向速度2 m/s，入口温度为294.15 K（约21 ℃）；

▪ 压力出口：表压0 Pa，回流湍流强度5%，回流长度尺度1000 mm，回流总温301.15 K；

▪ 壁面：保持静止，流体与固体、门窗等相邻区域顺利获得耦合壁面传递热量；

▪ 固体热源：设置5 W功率热源。

2.4 求解设置

压力-速度耦合采用SIMPLE算法，压力离散采用标准格式，动量、湍流和能量方程均采用二阶迎风格式。计算采用标准初始化，初始温度为298.15 K；本地8核并行，最大迭代步数1000。

3.1 收敛性

残差曲线显示，各方程残差在迭代初期快速下降，随后逐步放缓，其中动量、能量方程已经接近收敛阈值，质量方程也保持下降趋势，进口侧压力监测已经平稳，浮动值小于0.0001，算例整体基本收敛。

图4 残差曲线和压力监测图

3.2 温度场

为清晰展示候车大厅内部温度分布特征，选取大厅中央横向截面（贯穿主要热源区域及旅客活动区，可综合反映送风射流与热浮升力的相互作用）进行可视化分析。该截面温度范围为294.153～294.182 K，约21 ℃，最大温差约0.029 K。可见室内各区域温度分布较为均匀，整体接近送风温度，仅局部热源附近存在微小温升。候车室的室内温度要求通常为26℃，该工况下室内整体温度远低于设计标准，表明当前冷负荷配置过剩或送风参数设置不当。虽然局部存在因热源导致的微小温升，但不足以改变整体偏冷的态势。后续需优化空调运行策略，适当提高送风温度或减少新风量，以平衡能耗与舒适度。

图5 候车大厅温度场截面云图

3.3 速度场与气流组织

从速度云图可以看出，喷口在水平方向上的气流速度急剧下降，存在明显的射流衰减。候车室送风口下方区域风速较大，最高可达2.02 m/s。除送风口附近风速较高外，其他区域风速基本在 0~0.3 m/s 范围内，满足乘客对候车室风速的要求。受送风口送风射流和重力影响，大部分冷气集中于底部，造成底部区域温度相对较低，同时，除垂直区域外均为低速区域，冷气无法完全扩散开，这进一步证实当前需要对送风口的数量和布局进行相关优化设计，使候车室温度分布均匀，提高能源利用效率。

图6 速度剖面与送风射流结构

本算例完成了从原始CAD到流热结果场的初始模型搭建。基于本文分析的冷负荷过剩与气流分布不均问题，在保持几何、网格策略、求解方法和评价指标一致的前提下，建议后续重点针对送风温度（如提升至24℃~26℃）、风口数量与布局（如增加散流风口）以及热源强度等参数召开多工况对比计算，量化分析气流覆盖和温度分布对设计变量的响应，寻求能耗与舒适性的最佳平衡。

对于实际铁路客站项目的工程应用，建议进一步完善以下内容：按设计日和典型运营时段建立人员与设备负荷；引入围护结构传热、太阳辐射、门区渗透风和室外气象参数；在旅客活动区设置统一评价平面；召开网格独立性与关键参数敏感性分析；条件允许时使用现场测点或风量测试结果对模型进行校核。完成这些工作后，模型才能用于舒适性、方案优选或节能效果的定量评价。

本文基于PERA SIM Fluid完成了约66 m级大型铁路客站候车大厅的稳态通风热环境仿真，成功构建了包含156.2万单元（多面体为主）的完整分析模型，验证了软件处理大尺度、多风口公共建筑热环境问题的能力。

仿真结果表明：在2 m/s送风速度、21℃送风温度下，室内温度场高度均匀（最大温差仅0.029 K），整体温度远低于26℃设计标准，冷负荷显著过剩；速度场方面，送风射流垂直衰减剧烈，风口下方局部风速较高（最高2.026 m/s），其余区域多为0~0.3 m/s低速区，冷空气易在底部聚集且难以扩散，存在明显的气流分布不均问题。

建议后续优化中合理增加送风口数量或调整布局以强化冷量扩散，同时适当提高送风温度或减少新风量，平衡能耗与舒适度。本文模型尚未完整引入人员、围护结构传热等动态边界条件，分析结果仅用于说明设定工况下的场分布特征，未来需结合实测校核与多工况对比以提升工程指导价值。