280 地鐵空調(diào)送風(fēng)風(fēng)道出風(fēng)均勻性數(shù)值模擬與優(yōu)化

1、地鐵空調(diào)送風(fēng)風(fēng)道出風(fēng)均勻性數(shù)值模擬與優(yōu)化華中科技大學(xué)謝軍龍馬銀紅舒朝暉陶紅歌摘要：用fluent軟件對(duì)地鐵空調(diào)送風(fēng)風(fēng)道內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，詳細(xì)分析了靜壓送風(fēng)風(fēng)道內(nèi)，靜壓擋板尺寸及位置對(duì)風(fēng)道送風(fēng)風(fēng)量均勻性的影響及改善，及添加不同形式的擋風(fēng)板對(duì)風(fēng)道送風(fēng)前端出風(fēng)風(fēng)量的提高及改善，為地鐵空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)風(fēng)道的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞：地鐵空調(diào)送風(fēng)風(fēng)道數(shù)值模擬出風(fēng)風(fēng)量均勻性1前言前言隨著地鐵交通在各大城市的逐漸普及，地鐵客車客室內(nèi)的熱舒適狀況對(duì)設(shè)計(jì)工

2、作來說顯得愈發(fā)重要。合理的車內(nèi)氣流組織將有效改善客室內(nèi)的溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、風(fēng)速場(chǎng)等熱舒適性能指標(biāo)，而地鐵空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)中送風(fēng)風(fēng)道的出風(fēng)均勻性直接決定了車內(nèi)氣流組織的好壞，風(fēng)道出風(fēng)的均勻性又與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀密切相關(guān)[1]，因此，探討風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其對(duì)出風(fēng)均勻性的影響具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2計(jì)算模型計(jì)算模型2.1物理模型風(fēng)道模型外觀如圖1所示，整個(gè)風(fēng)道長(zhǎng)約6000mm，寬1300mm，高110mm；風(fēng)道兩端為氣流入口，底部出風(fēng)口接送風(fēng)短管

3、，短管高90mm。風(fēng)道兩端為氣流入口，底部出風(fēng)口接送風(fēng)短管。圖1風(fēng)道模型外觀圖風(fēng)道中間有3個(gè)小支柱，沿風(fēng)道長(zhǎng)度方向上，出風(fēng)口斷開處為車廂頂部的橫梁位置處。2.2計(jì)算及邊界條件本文計(jì)算模型采用雙方程湍流模型[2]，并作如下簡(jiǎn)化：k??(1)流體定為17℃時(shí)的空氣，常物性，不可壓縮；流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)湍流；忽略重力影響。（2）以氣流入口為計(jì)算入口邊界，設(shè)為速度入口，大小為3.23ms，方向垂直于入口邊界面。（3）以風(fēng)道底部送風(fēng)短管的出口為計(jì)算出口邊

4、界，設(shè)為壓力出口，0pa，外界壓強(qiáng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。（4）整個(gè)風(fēng)道內(nèi)壁附隔熱保溫材料，因此可將風(fēng)道各個(gè)壁面視為絕熱，計(jì)算過程中不考慮換熱。此外，近壁面處采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)[3]。（5）風(fēng)道底部出風(fēng)口為孔板送風(fēng)，因送風(fēng)孔尺寸較小，考慮到建模、網(wǎng)格生成及其造成的計(jì)算上的困難，本文將其設(shè)為多孔介質(zhì)階躍內(nèi)部邊界條件，孔隙率定為50%。3計(jì)算結(jié)果及分析計(jì)算結(jié)果及分析3.1靜壓擋板的高度對(duì)風(fēng)道出風(fēng)風(fēng)量均勻性的影響根據(jù)靜壓均勻送風(fēng)原理[4]，在沿風(fēng)道長(zhǎng)

5、度方向上的兩側(cè)各添加一塊靜壓擋板，見圖2，將風(fēng)道隔開為中間的主風(fēng)道及兩側(cè)的靜壓風(fēng)道。氣流進(jìn)入風(fēng)道后，沿主風(fēng)道流動(dòng)過程中，經(jīng)靜壓擋板上方的縫隙進(jìn)入靜壓風(fēng)道，因流向改變，風(fēng)速急劇下降。理想圖2風(fēng)道截面示意圖狀況下，可認(rèn)為靜壓風(fēng)道內(nèi)動(dòng)壓幾近為0，全部轉(zhuǎn)換為靜壓，如此，靜壓風(fēng)道近似靜壓箱的作用，出風(fēng)口表2擋板位置尺寸設(shè)定及其造成的風(fēng)道阻力靜壓擋板高度（mm）位置（相對(duì)出風(fēng)口）（mm）風(fēng)道阻力（pa）49530355959036出口1出風(fēng)曲線圖0

6、.020.0150.010.00500.0050.010.0150.020.0250.030.0350.0412345678910出口位置風(fēng)量(m3s)出口1理論出風(fēng)量未加靜壓擋板擋板95，30擋板95，90出口2出風(fēng)曲線圖0.010.00500.0050.010.0150.020.0250.030.0350.0412345678910出口位置出風(fēng)量(m3s)出口2理論出風(fēng)量未加靜壓擋板擋板95，30擋板95，90圖6出口1出風(fēng)風(fēng)量曲線

7、圖圖7出口2出風(fēng)風(fēng)量曲線圖由出風(fēng)風(fēng)量曲線圖可以看出，當(dāng)靜壓擋板高度為95mm時(shí)，向主風(fēng)道中間移動(dòng)擋板位置，即增大靜壓風(fēng)道尺寸，不利于風(fēng)道出風(fēng)風(fēng)量均勻性的改善。此外，從理論上來講，主風(fēng)道內(nèi)平均送風(fēng)靜壓越大，進(jìn)入靜壓風(fēng)道的風(fēng)量相對(duì)越均勻，則風(fēng)道出風(fēng)風(fēng)量相對(duì)越均勻。為增大主風(fēng)道內(nèi)的靜壓，需降低主風(fēng)道內(nèi)的動(dòng)壓，若要均勻降低主風(fēng)道內(nèi)的動(dòng)壓，必須增大主風(fēng)道截面積[4]。將擋板位置移至距出風(fēng)口90mm的位置明顯減圖8出口3出風(fēng)風(fēng)量曲線圖少了主風(fēng)道的截

8、面積，因此，其對(duì)出風(fēng)風(fēng)量的均勻性無改善作用，靜壓擋板位置仍定位于距出風(fēng)口30mm處。3.3改善風(fēng)道前端送風(fēng)風(fēng)量過小的問題分析靜壓擋板高95mm，距出口30mm時(shí)出口送風(fēng)風(fēng)量曲線，可知，出口1的1、2、3位置出風(fēng)風(fēng)量較小，1、2位置尤甚，說明風(fēng)道左端這些出口所對(duì)應(yīng)的送風(fēng)前端送風(fēng)風(fēng)量過小或?yàn)?風(fēng)量；出口2出風(fēng)相對(duì)均勻些，風(fēng)量略大；出口3的9、10位置出風(fēng)風(fēng)量較小，說明風(fēng)道右端這兩個(gè)出口所對(duì)應(yīng)的送風(fēng)前端送風(fēng)風(fēng)量亦過小或?yàn)?風(fēng)量。為改善風(fēng)道送風(fēng)