风速垂直法送风道结构优化研究

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  摘 要:铁路客车空调系统广泛采用静压送风道来改善送风均匀性。在实践中发现,静压送风道的送风均匀性不理想。本文以25T空调硬座车的静压送风系统为例,进行了送风均匀性CFD模拟仿真,对静压风道的结构进行了分析,找出送风不均均匀的原因,并改进了风道结构,改善送风均匀性。
  关键词:客车空调;静压送风;风道结构优化;送风均匀性;CFD仿真
  铁路客车的各送风口在客室内一般均匀分布,常采用静压风道送风,以改善送风均匀性。空调机组将空气送入主风道,空气再通过主风道进入静压箱,空气在静压的作用下,经送风口射出,实现均匀送风。主风道与静压风道被隔板隔开,主风道通过隔板上的条缝向静压箱内送风。静压箱送风口为条缝结构,静压箱上的出风口通过支风道连接到送风口,空气由此进入客室。
  一、空调静压送风道拟仿真及结果分析
  25T硬座车存在中间温度低两端温度高,送风不均匀。该车静压风道结构形式如图1所示,两侧为静压箱,中间为主风道。在静压箱的侧面开送风口。该车设2台空调机组分别从风道两端向中间送风。其布置如图2所示,客室内共设28个送风口,均匀分布,一、二位侧对称。将一二位侧的送风口,从一位端到二位端依次编号为1.1—14.1号、1.2—14.2号。如图2所示。
  (一)25T硬座车静压送风道CFD模拟仿真
  做风道三维模型,用STAR-CCM+软件进行CFD模拟防真。一、二位侧对称位置的两个风口可视为一个风口,28个风口可简化为14个,将各风口的平均速度列入表1,计算各风口的送风不均匀系数,列入表中。对各风口的送风不均系数取绝对值,最大值为0.495,平均值0.208。可见,送风均匀性不理想。
  (二)结果分析与研究
  25T硬座车各风口的送风不均系数平均数为0.208,送风均匀性较差,其原因是静压箱内纵向风速过高。主风道内某处的气流的风速为V,该处质点进入静压箱内的纵向风速为Vd,横向风速Vj,气流沿纵向条缝从主风道射入静压箱内,有很大的纵向速度,使内静压箱内的静压不均。
  二、静压送风道结构改进及模拟仿真
  通过改变风道结构,使静压箱内的平均风速降低,可改善送风均匀性。
  在主风道底部加装短管结构,使气流通过短管进入静压箱,其进入静压箱的初速度垂直于风道纵向中心线可减小纵向风速。如图3所示。
  按这种结构,在25T型硬座车风道的基础上设计模型,风道的尺寸、风口位置、大小等都不变。进行仿真,得出各风口的风速,并计算送风不均系数,列入表2中,送风不均系数平均数为0.041,送风均匀性有了很大的提高。
  三、小结
  受风道结构和外形尺寸的限制,铁路客车传统静压送风的送风均匀性较差,主要原因是静压箱内的纵向风速较高。可通过降低静压箱内风速的方法来改善送风均匀性。本文介绍的方法就是按照这个思路来改善风道的结构,通过CFD仿真,证明可以很好地改善风道的送风均匀性。
  (作者單位:中车青岛四方机车车辆股份有限公司工程研究中心)
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