高速动车组空调系统车厢供风道流场研究

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1、高速动车组空调系统车厢供风道流场研究　　摘要：供风道是动车组空调的一个重要部分，安装于车体上部，与客室空调相连，通过风道下方或侧面的送风口将处理过的冷热风均匀的输送到客室车厢内的各个地方，保证车厢环境的舒适性。本文对某型高速动车组空调系统的供风道结构，在合理简化模型的基础上，采用Fluent软件对其在制热和制冷工况下进行CFD计算，得到了各种工况下的流场速度、压力分布，获得了各出入口的流量和流速数据，为后续风道优化设计提供有力依据。关键词：高速动车组;客室空调;供风道;CFD;流量;流速;压力分布中图分类号：U266文献标识码：A引言在中国，轨道交通是人

2、们出行的主要交通工具。第六次铁路大提速后，我国铁路客运跨入了250km/h以上的高速时代。高速客车密闭性高，车内空气环境对乘客旅途的舒适性影响巨大，动车组空调系统在保障车厢内环境舒适度及空气品质方面起到了至关重要的作用，空调系统的任一部件出现故障或不能正常工作，都会对车内环境造成不良影响，严重时甚至引起旅客的极度不适[1]。5风道是动车组空调系统的一个重要部分，其主要作用为将客室空调处理过的冷热风均匀的输送到客室车厢内的各个地方，并将客室内的废气排出车体，保证客室环境的舒适性，其中供风道安装于车体上部，与客室空调相连，通过风道下方或侧面的开口将冷热风均匀

3、的输送到客室内，供风道采用1.5毫米厚铝板，侧面及端面安装板采用4毫米厚铝板，内部粘贴保温棉，从空调出来的暖风和冷风分别通过不同的送风腔和出风口进入车厢，调节车厢温度。一、供风道流场模拟分析（一）制热工况下有限元模型用ProE建立制热工况下计算域的有限元模型，在gambit中进行网格划分及设定边界条件的类型，网格数量约为570万。设定其进口为速度入口，出口为压力出口。1、湍流模型（1）数学模型假设有限元模型在数值模拟中采用的数学模型基于如下假设：1）流体定为27℃时的空气，常物性，不可压缩，采用无滑移N-S方程求解流场；2）风道内部气流流动为充分发展的三

4、维稳态湍流流动；3）忽略重力影响。4）整个风道内壁附隔热保温材料，可将风道各个壁面视为绝热，计算过程中不考虑换热。（2）湍流模拟5供风道内部气流流动计算模型采用RealizableK－ε二方程湍流模型[2]。（3）边界条件设定以气流入口为计算入口边界，设为速度入口，方向垂直于入口边界面，速度7.2m/s，以风道送风口为计算出口边界，设为压力出口，0Pa。将gambit得到的mesh文件导入FLUENT中，迭代收敛判定：连续性相对误差小于0.0001。2、模拟计算结果图1给出了制热工况下供风道各出口位置及出口速度，从图中看出出口1、2、3、25、26、27

5、相对于其他出口速度较小。图2给出了供风道各出口流量，从图中看出出口1、2、3、25、26、27流量较小，在后期设计中可以通过优化风道几何外形，使各出风口流量更加均匀。图3给出了供风道内气体静压分布，从图中看出整个流场压力分布比较均匀，出口1、2、3、25、26、27相对于入口的压差较大，其中出口1的压差最大，约为151.01Pa，图中也显示了流场中压力损失较明显的区域，说明该区域流阻较大，在后期设计中通过优化风道内部结构降低压力损失，提高局部送风效率。图4给出了供风道内气体流动迹线，从总体上看，该风道结构在制热工况下能满足整个车厢的送风均匀性及温度要求[

6、3]。图1气流出口速度分布图图25气流出口体积流量示意图图3流体静压分布图图4流场迹线图（二）制冷工况下有限元模型用ProE建立制冷工况下计算域的有限元模型，在gambit中进行网格划分及设定边界条件的类型，网格数量约为720万。其湍流模型与制热工况相比，流体定为17℃时的空气，其余基本相同，边界条件的设定也类似：入口流速12.9m/s，出口压力0Pa，迭代收敛判定：连续性相对误差小于0.0001。模拟计算结果图5给出了制冷工况下供风道各出口位置。图6给出了供风道各出口流量，从图中看出出口1-31、53、54流量相对较小。图7给出了供风道内气体静压分布，

7、从图中看出出口9、10、12、16、22处静压低于外界气压，气流易从这些位置流入空调风道，增大流阻，影响制冷效果，后期设计中通过优化风道出口外形进行改善，图中也显示了流场中压力损失较明显的区域，说明该区域流阻较大，后期设计中通过优化风道结构降低压力损失，提高送风效率。图8给出了供风道内气体流动迹线，从总体上看，该风道结构在制冷工况下能满足整个车厢的送风均匀性及温度要求。5图5气流出口位置分布图图6气流出口体积流量示意图图7流体静压分布图图8流场迹线图三、总结根据高速动车组空调系统车厢供风要求，建立供风道模型，使用FLUENT软件进行流体动力学模拟计算，得

8、到了各种工况下的流场速度、压力分布，获得了供风道各出入口的流量和流速数据，得到了