某地铁车辆客室送风道送风均匀性优化分析_王常宇.pdf

2023 年某地铁车辆客室送风道送风均匀性优化分析王常宇1单红娜2(1中车长春轨道客车股份有限公司，130062，长春;2长春市轨道交通集团有限公司，130022，长春第一作者，高级工程师)摘要针对某地铁车辆客室送风道结构，采用 STA-CCM+软件分析其送风均匀性。经计算发现，当采用初始送风道结构时，客室两端送风量较大，各段送风口的质量流量偏离整体送风口平均值较多，其相对误差的标准差也较大，客室送风均匀性较差。通过改变送风道结构和增加主风道内隔板等方法优化初始送风道结构，优化后各段送风口的质量流量更接近整体送风口平均值，其相对误差的标准差也有所减小，客室的送风均匀性获得了极大的提高。关键词地铁车辆;送风道;送风均匀性中图分类号U27038+3DOI:1016037/j1007869x202301047OptimizationAnalysisofCompartmentAirSupply Uniformity in Air Delivery Duct of aMetro VehicleWANG Changyu，SHAN HongnaAbstractTargeting the air delivery duct structure of a metrovehicle compartment，the STA-CCM+software is used to an-alyze its air supply uniformity The calculation results show thatwhen adopting the initial air delivery duct structure，the air vol-ume of both ends of the compartment is relatively larger，themass flow deviation of each sectional air supply outlet from theoverall average value is relatively higher，and the standard de-viation of relative error is also relatively larger，so the uniform-ity of compartment air supply is relatively poor By methodssuch as changing air delivery duct structure and adding mainduct internal baffle，the initial air delivery duct structure is op-timized，and the mass flow of each sectional air supply outletafter optimization becomes closer to the overall average value，and the standard deviation of relative error is reduced，with theuniformity of compartment air supply being significantly im-provedKey wordsmetro vehicle;air supply duct;air supply uni-formityFirst-authors addressCC Changchun ailway VehiclesCo，Ltd，130062，Changchun，China随着我国城市轨道交通的不断发展，对地铁车厢内乘客热舒适性的研究备受关注1-2。客室空调送风道良好的送风均匀性是决定乘客舒适性的重要指标，因此合理设计空调送风道成为了整个空调系统设计中较为重要的环节。文献 3 分析了带有静压腔式空调送风道的送风原理及结构，提出了在送风道内增加扰流板的改进建议。本文对某地铁车辆客室送风道进行仿真分析与模拟计算，获得了送风均匀性气流组织云图、各段送风口的质量流量，以及各段送风口与整体送风口平均值的相对误差的标准差;此外，对初始送风道结构进行了优化，优化后的客室送风道送风均匀性有所提高。本研究可为空调送风系统的优化设计提供重要的理论依据。1研究对象及计算模型建立11研究对象本文的研究对象为某地铁车辆客室送风道。初始送风道结构如图 1 所示:气流由进风口进入风道静压腔，经静压腔隔板条缝进入主风道，最后由送风口送往客室。图 1初始送风道结构Fig1Initial air delivery duct structure12建立计算模型为了更真实地模拟送风道的送风情况，计算建模包含客室区域。进风口及回风口模型如图 2 所示。经风道进风口进入地铁车辆客室的气流在客室循环后，由回风口流出。为了便于后续对送风均822第 1 期应用技术匀性指标进行评价，对风道出风口进行简要划分，从送风口 1 开始，每隔 600 mm 设置 1 个送风口，共设置15 个送风口(送风口1送风口15)，其模型如图 3 所示。图 2进风口及回风口模型Fig2Model of air inlet and return air inlet图 3送风口模型Fig3Model of air outlet在 Pointwise 软件中简化上述三维模型，在STACCM+软件中进行计算模型的前处理工作。为提高计算准确度且考虑到计算模型的收敛性问题，本次计算采用的体网格数量约为 500 万个。13评价指标基于送风均匀性气流组织云图、各段送风口质量流量及各段送风口与整体送风口平均值的相对误差的标准差等评价参数，评价客室送风道的送风均匀性。14边界条件设定边界条件设定为:空气在风道中的流动为湍流，空气密度不变且不考虑空气的温度变化，风道壁面设为绝热;根据设计要求，每个进风口的体积流量为 2 000 m3/h，为了便于计算，在标准大气压密度为 129 kg/m3的条件下，将进风口的体积流量换算为质量流量，并将进风口空气流量设置为质量流量，取值为 0718 kg/s，回风口空气压力设置为相对压力，取为 0。2初始送风道结构各段送风口的评价参数如表 1 所示，其中各段送风口与整体送风口平均值的相对误差的标准差为 0635。初始送风道的速度云图(主视图)如图 4所示。由表 1 和图 4 可知，送风道靠近机组下方的送风口气流流速较小，而送风道端部区域气流速度较大，送风均匀性较差。表 1各段送风口的评价参数Tab1Evaluation parameters of each sectional air supply outlet送风口编号 质量流量/(kg/s)各段送风口质量流量与整体送风口平均值的相对误差/%1009690402008160213007548764007242605004854660014722670001974280997290004921310004852611002844471200693671130075491114005815391500887354图 4初始送风道的送风速度云图(主视图)Fig4Air supply velocity nephogram of initial air supply duct(front view)3优化后的送风道结构针对客室两端送风速度较大且整体送风不均匀的问题，将主风道优化为变间距结构。为了使静压腔内的气流更为均匀地送入客室，并减小送风道两端的送风量，取消静压腔内的挡板设计。同时，考虑到送风道内的安装可行性问题，从一位侧主风道隔板和二位侧主风道隔板起始端开始，在两侧主风道隔板间每隔 500 mm 布置一个挡板，优化后的送风道结构如图 5 所示。优化送风道结构后，各送风口的质量流量和相对误差如表 2 所示，其中各段送风口与整体送风口平均值的相对误差的标准差为 0535。优化后送风道的送风速度云图(主视图)如图 6 所示。9222023 年图 5优化后的送风道结构Fig5Optimized air delivery duct structure表 2优化送风道结构后各送风口的质量流量和相对误差Tab2Mass flow and relative error of each sectional airsupply outlet after the air supply delivery ductstructure optimization送风口编号 质量流量/(kg/s)各送风口质量流量与整体送风口平均值的相对误差/%100898532200592320300602435400704459500694216600098231700019714800019718900411441100039201511003528171200612562130064337214006227561500643284图 6优化后送风道的送风速度云图(主视图)Fig6Air supply velocity nephogram of optimized air supplyduct structure(front view)4结语本文通过改进送风道结构及增加主风道内隔板的方法对初始送风道结构进行优化，获得如下结论:1)初始送风道结构的端部气流速度较大，优化后的送风道采用变间距结构，越靠近端部的送风道越窄，从而降低了端部流速及流量值。2)由于端部气流速度较大，初始送风道结构的送风速度较大，送风均匀性较差，优化后的送风道由一位侧主风道隔板和二位侧主风道隔板起始端开始，在两侧主风道隔板间每隔 500 mm 间距均匀布置挡板，计算获得的各段送风口的质量流量更接近于整体送风口质量流量平均值，其相对误差的标准差也有所减小，说明优化后送风道的送风均匀性更优。参考文献1于淼，王东屏，袭望，等地铁车空调风道及车室内气流组织数值仿真J大连交通大学学报，2014，35(2):16YU Miao，WANG Dongping，XI Wang，et al Numerical simu-lation of airconditioning duct and indoor airflow in subway carJJournal of Dalian Jiaotong University，2014，35(2):162张登春旅客列车车厢内气流分布特征与环境舒适性研究D上海:上海大学，2010ZHANG Dengchun esearch on airflow distribution characteris-tics and environment comfort in railway passenger carDShanghai:Shanghai University，20103谈越明静压式送风风道的结构分析及试验研究J铁道车辆，2001，39(6):11TAN Yueming Structural analysis and test research on staticpressure air supply ductJolling Stock，2001，39(6):11(收稿日期:20200909)(上接第 227 页)3刘国云，曾京，罗仁，等轴箱轴承缺陷状态下的高速车辆振动特性分析 J 振动与冲击，2016，35(9):37LIU Guoyun，ZENG Jing，LUO en，et al Vibration perform-ance of high-speed vehicles with axle box bearing defectsJJournal of Vibration and Shock，2016，35(9):374杨凯动车组滚动轴承故障轨旁声学联网监测应用技术研究J铁道机车车辆，2021，41(3):15YANG Kai TADS equipment network monitoring techn