风机故障情况下两种不同的下送下回送风模型气流组织仿真对比

许钰文++杨天智++易柯++肖峰敏

【摘 要】目前城轨车辆B型车客室送风多采用下送下回的的方式，即从空调机组下部送风、下部回风，但送风风机的布置方式及风道型式多种多样，本文选取了其中两种型式，采用数值模拟对比当空调机组内一台送风机故障时，两种气流组织型式的差异，以及对客室内部温度场的影响。

【关键词】城轨车辆；下送下回；风道贯通；风机故障

1 .概述

随着城轨车辆客室舒适性要求不断提高，越来越多的项目要求在一台空调送风机故障的情况下，整个客室仍能保证温度、风速的舒适性。目前城轨车辆B型车客室送风多采用下送下回的的方式，即从空调机组下部送风、下部回风，但送风风机的布置存在两种方式（横向布置或纵向布置），客室内风道也分为贯通和不贯通两种。本文采用数值模拟的方式对比当机组内一台送风机故障时，两种气流组织型式的差异，以及对客室内部温度场的影响。

2 .物理模型

目前下送下回的送风方案中，送风机布置方案及风道方案多种多样，本文主要选取了其中两种模型进行分析，下面对这两种模型进行介绍：

1）两种不同的送风机布置方案：

2）两种不同的风道方案：

正常工况下，两种模型的客室舒适性效果差别不大。但当其中一台送风机故障时，客室气流组织会发生相应变化，为研究一台风机故障时客室内的气流组织，本文根据以上布置方式建立计算了两种模型：

模型一客室采用非贯通式风道，风机布置采用方案一：

模型二客室采用贯通式风道，风机布置采用方案二：

计算使用UG软件建模，fluent软件模拟。由于地铁车厢内结构复杂，车内障碍物较多，几何模型需对实际情况进行合理的简化。

1）忽略了车厢内座椅对气流的影响；

2）忽略了车内灯、扶手等尺寸较小障碍物对气流的影响。

故障风机示意见下图：

3 .边界条件的设置

（1）入口的边界条件

本文将所有的送风口定义为速度入口，送风速度按送风矢量值计算，矢量值的大小由送风量决定，温度按设计值计算。

对于模型一，当风机故障时，inlet1及inlet3是没有送风的，因此在模型一中，inlet1及inlet3入口速度设为0m/s。

对于模型二，当风机故障时，inlet1及inlet2没有送风，但由于中间风道贯通，会有从无故障空调机组送来的冷风，因此在模型二中，inlet1入口速度设为0m/s，inlet2有少量送风。

（2）出口的边界条件

车厢计算模型中回风口和排风口都属于出口边界条件，定义为自由出流边界条件，设定其流量的分配。

（3）壁面边界

流场分析时，固体表面边界一般按无滑移条件处理，车顶及两侧壁面、客室地板、端墙取无滑移边界条件，u=v=w=k=ε=0。

车顶及车两侧壁面、端墙在考虑传热问题温度场分析时，使用第三类边界条件，列车车顶与车体侧壁、端墙由于受室内外温差作用，对车内产生作用，形成热负荷。由试验得出车体表面的换热系数k为2.4W/（m2.K）.

（4）室内人体热源的確定

模拟计算过程中忽略空气湿度对人体舒适性的影响，计算人体散热量时，只考虑其显热量。每位乘客的算热量根据标准取q=64 W/人，每节车人数按250人计算。

（5）流体参数

假设车内空气流动可认为是不可压缩的稳态湍流，车内空气密度符合Boussinesq假设，并考虑重力与浮升力的作用。除了入口和出口外，假设车内空气不从客室的其他任何缝隙处泄漏出去。

4 .计算结果分析

4.1 温度场分析

4.2 速度场分析

从上述计算结果结果，可以看出：

（1）距地板1.6m处，模型一无故障区域温度场分布较均匀，故障风机对应的1/4车厢区域温度较高，尤其靠近车辆端部的位置，几乎没有冷风。

模型二无故障区域温度场分布也较均匀，故障风机对应的车厢区域温度稍高，

由于风道贯通，有从无故障空调送来的冷风，对应区域的温度约比无故障区域高2℃左右。

（2）距地板1.2m处，温度场整体分布与1.6m处相似，由于远离送风口，1.2m面平均温度约比1.6m面高0.7℃

（3）由速度场分布图可进一步验证温度场分布，风机故障区域对应的气流速度较低，导致故障区域温度较高。

5 结论

对于两种不同的送风型式：

（1）在正常工况下，客室舒适性效果差别不大。

（2）当一台风机故障时，对应的无故障区域差别不大，而故障区域受到风道型式的影响，模型二的风道贯通区域室内温度较模型一的故障区域低，模型一靠近车辆端部的区域受影响较大，温度较高。

总的来说，当出现风机故障时，模型二的送风型式在舒适性方面占一定优势。

参考文献：

[1]孙一坚.工业通风[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] 路延魁.空气调节设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1995.