市域車客室氣流組織仿真分析與試驗

劉潔 陳洋洋 徐萌

摘? 要：以某市域車空調(diào)通風系統(tǒng)為研究對象，通過仿真計算和試驗驗證優(yōu)化風道結(jié)構(gòu)，為后續(xù)市域車輛合理的氣流組織設(shè)計提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：市域車;空調(diào)通風系統(tǒng);仿真計算;試驗

中圖分類號：U270.38+3 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）08-0023-02

Abstract： Taking the air conditioning and ventilation system of a city vehicle as the research object， the air duct structure is optimized by simulation calculation and test， which provides a reference for the reasonable air distribution design of the following urban vehicles.

Keywords： city car; air conditioning and ventilation system; simulation calculation; test

前言

市域車具有大載客量、快起快停、快速乘降等特點，用于滿足都市生活圈的通勤、通商、通學等出行需求，對車內(nèi)舒適度具有較高要求。空調(diào)通風系統(tǒng)是車輛環(huán)境控制系統(tǒng)的重要組成部分，其送風均勻性直接影響乘客乘坐的舒適度。

以某市域車為例，通過仿真分析和試驗，優(yōu)化客室氣流組織。

1 系統(tǒng)配置及基本參數(shù)介紹

某市域車每節(jié)車車頂配置兩臺客室空調(diào)機組，送風道布置在機組下方，回風道布置在送風道兩側(cè)，車廂端部柜內(nèi)設(shè)置廢排裝置，通過柜門格柵與客室連通。車內(nèi)氣流組織見圖1。

根據(jù)某市域車輛風量要求：送風量應(yīng)不少于8000m3/h，新風量應(yīng)不少于2400m3/h，并參照標準TB 1951-1987相關(guān)要求：（1）送風道內(nèi)風速（5～8）m/s;（2）回風道內(nèi)風速（3～5）m/s;（3）送回風口處風速（1～3）m/s，對送回風道及風口尺寸進行設(shè)計。

2 仿真計算

利用計算流體力學技術(shù)，構(gòu)建三維模型，對內(nèi)裝結(jié)構(gòu)、送回風道、排風形式等進行真實還原。通過對車內(nèi)氣流組織進行CFD仿真計算，有效分析車內(nèi)各典型斷面的氣流組織情況，對送回風道結(jié)構(gòu)進行針對性優(yōu)化，顯著減少試驗工作量。

2.1 仿真建模

本市域車空調(diào)通風系統(tǒng)采用孔板送風、端部回風以及支風道回風形式，新風和回風在空調(diào)機組蒸發(fā)器前混合經(jīng)過通風機進入送風道，通過各個送風口送入客室。車內(nèi)氣體通過回風口進入回風道，經(jīng)過空調(diào)機組下方的回風口進入空調(diào)機組蒸發(fā)器前與新風混合。

2.1.1 幾何模型

對空調(diào)通風系統(tǒng)建立三維模型，對氣流組織影響較大的細節(jié)特征進行保留;對客室外圍區(qū)域、座椅等對流場影響不大的部件進行適當簡化處理。

2.1.2 網(wǎng)格模型

采用多面體網(wǎng)格對整個客室空間計算域的空間離散。在網(wǎng)格劃分過程中，對流動特性影響較大的結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格加密處理，對于流動特性影響不大的區(qū)域，網(wǎng)格尺寸適當放大，使網(wǎng)格數(shù)量和質(zhì)量得到很好控制。

2.2 數(shù)值算法及邊界條件

客室空間內(nèi)流場為三維、粘性不可壓、湍流流動;氣流為低速流動，可忽略由流體粘性力做功所引起的好散熱[1];采用Fluent 提供的Realizable k-ε湍流模型，采用分離式隱式方案求解雷諾平均N-S方程，速度-壓力耦合格式為SIMPLE格式。

客室空間全流場計算域進口、回風口以及廢排風口均以質(zhì)量流量作為邊界條件，保證計算域的空氣流量與設(shè)計值一致。送風量8000m3/h，回風量5600m3/h，廢排風量2400m3/h。

2.3 仿真結(jié)果及分析

通過仿真分析設(shè)計合理的孔板開口及孔板位置，優(yōu)化風道結(jié)構(gòu)。在車內(nèi)選取3個典型截面包括截面1、截面2（含支回風道）、截面3（含廢排裝置）。其速度場分布如圖2-圖4。

從以上可以看出，優(yōu)化后的風道設(shè)計合理，整個客室氣流組織分布均勻，無氣流死區(qū)。

3 試驗驗證

為驗證仿真計算結(jié)果，現(xiàn)車安裝風道，進行試驗驗證。

3.1 送風均勻性調(diào)節(jié)

以仿真分析的結(jié)果為指導，在風道內(nèi)增加孔板結(jié)構(gòu)，封堵部分送風口以及調(diào)整部分風口導流板的高度，調(diào)節(jié)整車送風均勻性。調(diào)整后，總風量滿足設(shè)計要求，各送風口風量設(shè)計值與實測值偏差不大于20%，滿足設(shè)計要求。

3.2 氣流組織測試

3.2.1 測點布置

按EN 14750-2：2006《鐵路應(yīng)用-城郊車輛用空調(diào) 第2部分：型式試驗》布置垂直高度0.1m、1.1m、1.7m處微風速測點，按TB/T 1675-2001《鐵路客車空氣調(diào)節(jié)試驗方法》要求，增加0.5m處高度測點。整車分為3個區(qū)域，每個區(qū)域設(shè)置3處測點位置，每處測點位置設(shè)置4個高度的測點，客室共36個微風速測點，詳見圖5所示。

3.2.2 試驗測試結(jié)果與分析

根據(jù)圖5測點布置，將車內(nèi)微風速測點分為3個區(qū)域，每個區(qū)域12個測點，整車共計36個測點。測試結(jié)果如圖6所示。

根據(jù)測試結(jié)果可知，各區(qū)域內(nèi)送風風速比較均勻，無氣流死區(qū)。

4 結(jié)束語

通過對某市域車輛空調(diào)通風系統(tǒng)的仿真分析和試驗驗證，對風道結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。在滿足客室氣流組織設(shè)計要求的前提下，提升整車送風均勻性，增加乘客乘坐舒適度，為市域車輛通風系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

參考文獻：

[1]于淼，耿亞彬.臥鋪車風道送風均勻性研究[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2016，45（1）：41-50.