風速垂直法送風道結構優化研究

王建軍

摘 要：鐵路客車空調系統廣泛采用靜壓送風道來改善送風均勻性。在實踐中發現，靜壓送風道的送風均勻性不理想。本文以25T空調硬座車的靜壓送風系統為例，進行了送風均勻性CFD模擬仿真，對靜壓風道的結構進行了分析，找出送風不均均勻的原因，并改進了風道結構，改善送風均勻性。

關鍵詞：客車空調；靜壓送風；風道結構優化；送風均勻性；CFD仿真

鐵路客車的各送風口在客室內一般均勻分布，常采用靜壓風道送風，以改善送風均勻性。空調機組將空氣送入主風道，空氣再通過主風道進入靜壓箱，空氣在靜壓的作用下，經送風口射出，實現均勻送風。主風道與靜壓風道被隔板隔開，主風道通過隔板上的條縫向靜壓箱內送風。靜壓箱送風口為條縫結構，靜壓箱上的出風口通過支風道連接到送風口，空氣由此進入客室。

一、空調靜壓送風道擬仿真及結果分析

25T硬座車存在中間溫度低兩端溫度高，送風不均勻。該車靜壓風道結構形式如圖1所示，兩側為靜壓箱，中間為主風道。在靜壓箱的側面開送風口。該車設2臺空調機組分別從風道兩端向中間送風。其布置如圖2所示，客室內共設28個送風口，均勻分布，一、二位側對稱。將一二位側的送風口，從一位端到二位端依次編號為1.1—14.1號、1.2—14.2號。如圖2所示。

（一）25T硬座車靜壓送風道CFD模擬仿真

做風道三維模型，用STAR-CCM+軟件進行CFD模擬防真。一、二位側對稱位置的兩個風口可視為一個風口，28個風口可簡化為14個，將各風口的平均速度列入表1，計算各風口的送風不均勻系數，列入表中。對各風口的送風不均系數取絕對值，最大值為0.495，平均值0.208。可見，送風均勻性不理想。

（二）結果分析與研究

25T硬座車各風口的送風不均系數平均數為0.208，送風均勻性較差，其原因是靜壓箱內縱向風速過高。主風道內某處的氣流的風速為V，該處質點進入靜壓箱內的縱向風速為Vd，橫向風速Vj，氣流沿縱向條縫從主風道射入靜壓箱內，有很大的縱向速度，使內靜壓箱內的靜壓不均。

二、靜壓送風道結構改進及模擬仿真

通過改變風道結構，使靜壓箱內的平均風速降低，可改善送風均勻性。

在主風道底部加裝短管結構，使氣流通過短管進入靜壓箱，其進入靜壓箱的初速度垂直于風道縱向中心線可減小縱向風速。如圖3所示。

按這種結構，在25T型硬座車風道的基礎上設計模型，風道的尺寸、風口位置、大小等都不變。進行仿真，得出各風口的風速，并計算送風不均系數，列入表2中，送風不均系數平均數為0.041，送風均勻性有了很大的提高。

三、小結

受風道結構和外形尺寸的限制，鐵路客車傳統靜壓送風的送風均勻性較差，主要原因是靜壓箱內的縱向風速較高。可通過降低靜壓箱內風速的方法來改善送風均勻性。本文介紹的方法就是按照這個思路來改善風道的結構，通過CFD仿真，證明可以很好地改善風道的送風均勻性。

（作者單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司工程研究中心）