風機故障情況下兩種不同的下送下回送風模型氣流組織仿真對比

許鈺文++楊天智++易柯++肖峰敏

【摘 要】目前城軌車輛B型車客室送風多采用下送下回的的方式，即從空調(diào)機組下部送風、下部回風，但送風風機的布置方式及風道型式多種多樣，本文選取了其中兩種型式，采用數(shù)值模擬對比當空調(diào)機組內(nèi)一臺送風機故障時，兩種氣流組織型式的差異，以及對客室內(nèi)部溫度場的影響。

【關(guān)鍵詞】城軌車輛；下送下回；風道貫通；風機故障

1 .概述

隨著城軌車輛客室舒適性要求不斷提高，越來越多的項目要求在一臺空調(diào)送風機故障的情況下，整個客室仍能保證溫度、風速的舒適性。目前城軌車輛B型車客室送風多采用下送下回的的方式，即從空調(diào)機組下部送風、下部回風，但送風風機的布置存在兩種方式（橫向布置或縱向布置），客室內(nèi)風道也分為貫通和不貫通兩種。本文采用數(shù)值模擬的方式對比當機組內(nèi)一臺送風機故障時，兩種氣流組織型式的差異，以及對客室內(nèi)部溫度場的影響。

2 .物理模型

目前下送下回的送風方案中，送風機布置方案及風道方案多種多樣，本文主要選取了其中兩種模型進行分析，下面對這兩種模型進行介紹：

1）兩種不同的送風機布置方案：

2）兩種不同的風道方案：

正常工況下，兩種模型的客室舒適性效果差別不大。但當其中一臺送風機故障時，客室氣流組織會發(fā)生相應(yīng)變化，為研究一臺風機故障時客室內(nèi)的氣流組織，本文根據(jù)以上布置方式建立計算了兩種模型：

模型一客室采用非貫通式風道，風機布置采用方案一：

模型二客室采用貫通式風道，風機布置采用方案二：

計算使用UG軟件建模，fluent軟件模擬。由于地鐵車廂內(nèi)結(jié)構(gòu)復雜，車內(nèi)障礙物較多，幾何模型需對實際情況進行合理的簡化。

1）忽略了車廂內(nèi)座椅對氣流的影響；

2）忽略了車內(nèi)燈、扶手等尺寸較小障礙物對氣流的影響。

故障風機示意見下圖：

3 .邊界條件的設(shè)置

（1）入口的邊界條件

本文將所有的送風口定義為速度入口，送風速度按送風矢量值計算，矢量值的大小由送風量決定，溫度按設(shè)計值計算。

對于模型一，當風機故障時，inlet1及inlet3是沒有送風的，因此在模型一中，inlet1及inlet3入口速度設(shè)為0m/s。

對于模型二，當風機故障時，inlet1及inlet2沒有送風，但由于中間風道貫通，會有從無故障空調(diào)機組送來的冷風，因此在模型二中，inlet1入口速度設(shè)為0m/s，inlet2有少量送風。

（2）出口的邊界條件

車廂計算模型中回風口和排風口都屬于出口邊界條件，定義為自由出流邊界條件，設(shè)定其流量的分配。

（3）壁面邊界

流場分析時，固體表面邊界一般按無滑移條件處理，車頂及兩側(cè)壁面、客室地板、端墻取無滑移邊界條件，u=v=w=k=ε=0。

車頂及車兩側(cè)壁面、端墻在考慮傳熱問題溫度場分析時，使用第三類邊界條件，列車車頂與車體側(cè)壁、端墻由于受室內(nèi)外溫差作用，對車內(nèi)產(chǎn)生作用，形成熱負荷。由試驗得出車體表面的換熱系數(shù)k為2.4W/（m2.K）.

（4）室內(nèi)人體熱源的確定

模擬計算過程中忽略空氣濕度對人體舒適性的影響，計算人體散熱量時，只考慮其顯熱量。每位乘客的算熱量根據(jù)標準取q=64 W/人，每節(jié)車人數(shù)按250人計算。

（5）流體參數(shù)

假設(shè)車內(nèi)空氣流動可認為是不可壓縮的穩(wěn)態(tài)湍流，車內(nèi)空氣密度符合Boussinesq假設(shè)，并考慮重力與浮升力的作用。除了入口和出口外，假設(shè)車內(nèi)空氣不從客室的其他任何縫隙處泄漏出去。

4 .計算結(jié)果分析

4.1 溫度場分析

4.2 速度場分析

從上述計算結(jié)果結(jié)果，可以看出：

（1）距地板1.6m處，模型一無故障區(qū)域溫度場分布較均勻，故障風機對應(yīng)的1/4車廂區(qū)域溫度較高，尤其靠近車輛端部的位置，幾乎沒有冷風。

模型二無故障區(qū)域溫度場分布也較均勻，故障風機對應(yīng)的車廂區(qū)域溫度稍高，

由于風道貫通，有從無故障空調(diào)送來的冷風，對應(yīng)區(qū)域的溫度約比無故障區(qū)域高2℃左右。

（2）距地板1.2m處，溫度場整體分布與1.6m處相似，由于遠離送風口，1.2m面平均溫度約比1.6m面高0.7℃

（3）由速度場分布圖可進一步驗證溫度場分布，風機故障區(qū)域?qū)?yīng)的氣流速度較低，導致故障區(qū)域溫度較高。

5 結(jié)論

對于兩種不同的送風型式：

（1）在正常工況下，客室舒適性效果差別不大。

（2）當一臺風機故障時，對應(yīng)的無故障區(qū)域差別不大，而故障區(qū)域受到風道型式的影響，模型二的風道貫通區(qū)域室內(nèi)溫度較模型一的故障區(qū)域低，模型一靠近車輛端部的區(qū)域受影響較大，溫度較高。

總的來說，當出現(xiàn)風機故障時，模型二的送風型式在舒適性方面占一定優(yōu)勢。

參考文獻：

[1]孫一堅.工業(yè)通風[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

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