风速垂直法送风道结构优化研究

王建军

摘 要：铁路客车空调系统广泛采用静压送风道来改善送风均匀性。在实践中发现，静压送风道的送风均匀性不理想。本文以25T空调硬座车的静压送风系统为例，进行了送风均匀性CFD模拟仿真，对静压风道的结构进行了分析，找出送风不均均匀的原因，并改进了风道结构，改善送风均匀性。

关键词：客车空调；静压送风；风道结构优化；送风均匀性；CFD仿真

铁路客车的各送风口在客室内一般均匀分布，常采用静压风道送风，以改善送风均匀性。空调机组将空气送入主风道，空气再通过主风道进入静压箱，空气在静压的作用下，经送风口射出，实现均匀送风。主风道与静压风道被隔板隔开，主风道通过隔板上的条缝向静压箱内送风。静压箱送风口为条缝结构，静压箱上的出风口通过支风道连接到送风口，空气由此进入客室。

一、空调静压送风道擬仿真及结果分析

25T硬座车存在中间温度低两端温度高，送风不均匀。该车静压风道结构形式如图1所示，两侧为静压箱，中间为主风道。在静压箱的侧面开送风口。该车设2台空调机组分别从风道两端向中间送风。其布置如图2所示，客室内共设28个送风口，均匀分布，一、二位侧对称。将一二位侧的送风口，从一位端到二位端依次编号为1.1—14.1号、1.2—14.2号。如图2所示。

（一）25T硬座车静压送风道CFD模拟仿真

做风道三维模型，用STAR-CCM+软件进行CFD模拟防真。一、二位侧对称位置的两个风口可视为一个风口，28个风口可简化为14个，将各风口的平均速度列入表1，计算各风口的送风不均匀系数，列入表中。对各风口的送风不均系数取绝对值，最大值为0.495，平均值0.208。可见，送风均匀性不理想。

（二）结果分析与研究

25T硬座车各风口的送风不均系数平均数为0.208，送风均匀性较差，其原因是静压箱内纵向风速过高。主风道内某处的气流的风速为V，该处质点进入静压箱内的纵向风速为Vd，横向风速Vj，气流沿纵向条缝从主风道射入静压箱内，有很大的纵向速度，使内静压箱内的静压不均。

二、静压送风道结构改进及模拟仿真

通过改变风道结构，使静压箱内的平均风速降低，可改善送风均匀性。

在主风道底部加装短管结构，使气流通过短管进入静压箱，其进入静压箱的初速度垂直于风道纵向中心线可减小纵向风速。如图3所示。

按这种结构，在25T型硬座车风道的基础上设计模型，风道的尺寸、风口位置、大小等都不变。进行仿真，得出各风口的风速，并计算送风不均系数，列入表2中，送风不均系数平均数为0.041，送风均匀性有了很大的提高。

三、小结

受风道结构和外形尺寸的限制，铁路客车传统静压送风的送风均匀性较差，主要原因是静压箱内的纵向风速较高。可通过降低静压箱内风速的方法来改善送风均匀性。本文介绍的方法就是按照这个思路来改善风道的结构，通过CFD仿真，证明可以很好地改善风道的送风均匀性。

（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司工程研究中心）