市域车客室气流组织仿真分析与试验

刘洁 陈洋洋 徐萌

摘  要：以某市域车空调通风系统为研究对象，通过仿真计算和试验验证优化风道结构，为后续市域车辆合理的气流组织设计提供参考依据。

关键词：市域车;空调通风系统;仿真计算;试验

中图分类号：U270.38+3 文献标志码：A         文章编号：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

市域车具有大载客量、快起快停、快速乘降等特点，用于满足都市生活圈的通勤、通商、通学等出行需求，对车内舒适度具有较高要求。空调通风系统是车辆环境控制系统的重要组成部分，其送风均匀性直接影响乘客乘坐的舒适度。

以某市域车为例，通过仿真分析和试验，优化客室气流组织。

1 系统配置及基本参数介绍

某市域车每节车车顶配置两台客室空调机组，送风道布置在机组下方，回风道布置在送风道两侧，车厢端部柜内设置废排装置，通过柜门格栅与客室连通。车内气流组织见图1。

根据某市域车辆风量要求：送风量应不少于8000m3/h，新风量应不少于2400m3/h，并参照标准TB 1951-1987相关要求：（1）送风道内风速（5～8）m/s;（2）回风道内风速（3～5）m/s;（3）送回风口处风速（1～3）m/s，对送回风道及风口尺寸进行设计。

2 仿真计算

利用计算流体力学技术，构建三维模型，对内装结构、送回风道、排风形式等进行真实还原。通过对车内气流组织进行CFD仿真计算，有效分析车内各典型断面的气流组织情况，对送回风道结构进行针对性优化，显著减少试验工作量。

2.1 仿真建模

本市域车空调通风系统采用孔板送风、端部回风以及支风道回风形式，新风和回风在空调机组蒸发器前混合经过通风机进入送风道，通过各个送风口送入客室。车内气体通过回风口进入回风道，经过空调机组下方的回风口进入空调机组蒸发器前与新风混合。

2.1.1 几何模型

对空调通风系统建立三维模型，对气流组织影响较大的细节特征进行保留;对客室外围区域、座椅等对流场影响不大的部件进行适当简化处理。

2.1.2 网格模型

采用多面体网格对整个客室空间计算域的空间离散。在网格划分过程中，对流动特性影响较大的结构进行网格加密处理，对于流动特性影响不大的区域，网格尺寸适当放大，使网格数量和质量得到很好控制。

2.2 数值算法及边界条件

客室空间内流场为三维、粘性不可压、湍流流动;气流为低速流动，可忽略由流体粘性力做功所引起的好散热[1];采用Fluent 提供的Realizable k-ε湍流模型，采用分离式隐式方案求解雷诺平均N-S方程，速度-压力耦合格式为SIMPLE格式。

客室空间全流场计算域进口、回风口以及废排风口均以质量流量作为边界条件，保证计算域的空气流量与设计值一致。送风量8000m3/h，回风量5600m3/h，废排风量2400m3/h。

2.3 仿真结果及分析

通过仿真分析设计合理的孔板开口及孔板位置，优化风道结构。在车内选取3个典型截面包括截面1、截面2（含支回风道）、截面3（含废排装置）。其速度场分布如图2-图4。

从以上可以看出，优化后的风道设计合理，整个客室气流组织分布均匀，无气流死区。

3 试验验证

为验证仿真计算结果，现车安装风道，进行试验验证。

3.1 送风均匀性调节

以仿真分析的结果为指导，在风道内增加孔板结构，封堵部分送风口以及调整部分风口导流板的高度，调节整车送风均匀性。调整后，总风量满足设计要求，各送风口风量设计值与实测值偏差不大于20%，满足设计要求。

3.2 气流组织测试

3.2.1 测点布置

按EN 14750-2：2006《铁路应用-城郊车辆用空调 第2部分：型式试验》布置垂直高度0.1m、1.1m、1.7m处微风速测点，按TB/T 1675-2001《铁路客车空气调节试验方法》要求，增加0.5m处高度测点。整车分为3个区域，每个区域设置3处测点位置，每处测点位置设置4个高度的测点，客室共36个微风速测点，详见图5所示。

3.2.2 试验测试结果与分析

根据图5测点布置，将车内微风速测点分为3个区域，每个区域12个测点，整车共计36个测点。测试结果如图6所示。

根据测试结果可知，各区域内送风风速比较均匀，无气流死区。

4 结束语

通過对某市域车辆空调通风系统的仿真分析和试验验证，对风道结构进行了优化。在满足客室气流组织设计要求的前提下，提升整车送风均匀性，增加乘客乘坐舒适度，为市域车辆通风系统设计提供参考。

参考文献：

[1]于淼，耿亚彬.卧铺车风道送风均匀性研究[J].铁道技术监督，2016，45（1）：41-50.