風(fēng)速垂直法送風(fēng)道結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

王建軍

摘 要：鐵路客車(chē)空調(diào)系統(tǒng)廣泛采用靜壓送風(fēng)道來(lái)改善送風(fēng)均勻性。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，靜壓送風(fēng)道的送風(fēng)均勻性不理想。本文以25T空調(diào)硬座車(chē)的靜壓送風(fēng)系統(tǒng)為例，進(jìn)行了送風(fēng)均勻性CFD模擬仿真，對(duì)靜壓風(fēng)道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，找出送風(fēng)不均均勻的原因，并改進(jìn)了風(fēng)道結(jié)構(gòu)，改善送風(fēng)均勻性。

關(guān)鍵詞：客車(chē)空調(diào)；靜壓送風(fēng)；風(fēng)道結(jié)構(gòu)優(yōu)化；送風(fēng)均勻性；CFD仿真

鐵路客車(chē)的各送風(fēng)口在客室內(nèi)一般均勻分布，常采用靜壓風(fēng)道送風(fēng)，以改善送風(fēng)均勻性?？照{(diào)機(jī)組將空氣送入主風(fēng)道，空氣再通過(guò)主風(fēng)道進(jìn)入靜壓箱，空氣在靜壓的作用下，經(jīng)送風(fēng)口射出，實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)。主風(fēng)道與靜壓風(fēng)道被隔板隔開(kāi)，主風(fēng)道通過(guò)隔板上的條縫向靜壓箱內(nèi)送風(fēng)。靜壓箱送風(fēng)口為條縫結(jié)構(gòu)，靜壓箱上的出風(fēng)口通過(guò)支風(fēng)道連接到送風(fēng)口，空氣由此進(jìn)入客室。

一、空調(diào)靜壓送風(fēng)道擬仿真及結(jié)果分析

25T硬座車(chē)存在中間溫度低兩端溫度高，送風(fēng)不均勻。該車(chē)靜壓風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，兩側(cè)為靜壓箱，中間為主風(fēng)道。在靜壓箱的側(cè)面開(kāi)送風(fēng)口。該車(chē)設(shè)2臺(tái)空調(diào)機(jī)組分別從風(fēng)道兩端向中間送風(fēng)。其布置如圖2所示，客室內(nèi)共設(shè)28個(gè)送風(fēng)口，均勻分布，一、二位側(cè)對(duì)稱(chēng)。將一二位側(cè)的送風(fēng)口，從一位端到二位端依次編號(hào)為1.1—14.1號(hào)、1.2—14.2號(hào)。如圖2所示。

（一）25T硬座車(chē)靜壓送風(fēng)道CFD模擬仿真

做風(fēng)道三維模型，用STAR-CCM+軟件進(jìn)行CFD模擬防真。一、二位側(cè)對(duì)稱(chēng)位置的兩個(gè)風(fēng)口可視為一個(gè)風(fēng)口，28個(gè)風(fēng)口可簡(jiǎn)化為14個(gè)，將各風(fēng)口的平均速度列入表1，計(jì)算各風(fēng)口的送風(fēng)不均勻系數(shù)，列入表中。對(duì)各風(fēng)口的送風(fēng)不均系數(shù)取絕對(duì)值，最大值為0.495，平均值0.208?？梢?jiàn)，送風(fēng)均勻性不理想。

（二）結(jié)果分析與研究

25T硬座車(chē)各風(fēng)口的送風(fēng)不均系數(shù)平均數(shù)為0.208，送風(fēng)均勻性較差，其原因是靜壓箱內(nèi)縱向風(fēng)速過(guò)高。主風(fēng)道內(nèi)某處的氣流的風(fēng)速為V，該處質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入靜壓箱內(nèi)的縱向風(fēng)速為Vd，橫向風(fēng)速Vj，氣流沿縱向條縫從主風(fēng)道射入靜壓箱內(nèi)，有很大的縱向速度，使內(nèi)靜壓箱內(nèi)的靜壓不均。

二、靜壓送風(fēng)道結(jié)構(gòu)改進(jìn)及模擬仿真

通過(guò)改變風(fēng)道結(jié)構(gòu)，使靜壓箱內(nèi)的平均風(fēng)速降低，可改善送風(fēng)均勻性。

在主風(fēng)道底部加裝短管結(jié)構(gòu)，使氣流通過(guò)短管進(jìn)入靜壓箱，其進(jìn)入靜壓箱的初速度垂直于風(fēng)道縱向中心線可減小縱向風(fēng)速。如圖3所示。

按這種結(jié)構(gòu)，在25T型硬座車(chē)風(fēng)道的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)模型，風(fēng)道的尺寸、風(fēng)口位置、大小等都不變。進(jìn)行仿真，得出各風(fēng)口的風(fēng)速，并計(jì)算送風(fēng)不均系數(shù)，列入表2中，送風(fēng)不均系數(shù)平均數(shù)為0.041，送風(fēng)均勻性有了很大的提高。

三、小結(jié)

受風(fēng)道結(jié)構(gòu)和外形尺寸的限制，鐵路客車(chē)傳統(tǒng)靜壓送風(fēng)的送風(fēng)均勻性較差，主要原因是靜壓箱內(nèi)的縱向風(fēng)速較高。可通過(guò)降低靜壓箱內(nèi)風(fēng)速的方法來(lái)改善送風(fēng)均勻性。本文介紹的方法就是按照這個(gè)思路來(lái)改善風(fēng)道的結(jié)構(gòu)，通過(guò)CFD仿真，證明可以很好地改善風(fēng)道的送風(fēng)均勻性。

（作者單位：中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司工程研究中心）