動(dòng)車組空調(diào)機(jī)組冷凝風(fēng)量仿真分析

劉效宙　李江春　劉振環(huán)

摘? 要：文章通過計(jì)算機(jī)仿真的方法，分析了動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)速對(duì)頂置式空調(diào)機(jī)組冷凝風(fēng)量的影響。通過仿真分析，得出空調(diào)機(jī)組冷凝風(fēng)量車，隨著動(dòng)車組運(yùn)行速度的提高而減小。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組;空調(diào)機(jī)組;冷凝風(fēng)機(jī);風(fēng)量;仿真分析

中圖分類號(hào)：U266 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）07-0115-03

Abstract： In this paper， the influence of the operating speed of the EMU on the condensing air volume of the top-mounted air-conditioning unit is analyzed through computer simulation. Through simulation analysis， it is found that the condensing air volume of the air conditioning unit decreases with the increase of the operating speed of the EMU.

Keywords：EMU; air-conditioning units; condenser fan; air volume; simulation analysis.

1 計(jì)算模型及網(wǎng)格

計(jì)算采用2輛車編組模型，頭、尾車車頂各設(shè)置一臺(tái)空調(diào)。空調(diào)機(jī)組模型與實(shí)際模型基本一致，進(jìn)出風(fēng)口無導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，模型比例1：1，計(jì)算模型如圖1所示。

2 計(jì)算校核

2.1 校核工況

在正式計(jì)算前，先對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行校核，列車車速為0km/h，空調(diào)機(jī)組正常工作，校核冷凝風(fēng)量。

2.2 校核結(jié)果及分析

車輛靜止，空調(diào)運(yùn)行時(shí)，冷凝風(fēng)量的仿真值與實(shí)測(cè)值相比偏小，誤差為-5.2%。誤差產(chǎn)生的原因主要是計(jì)算對(duì)風(fēng)道進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化，導(dǎo)致阻力減小。綜合計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析，誤差值在可接受范圍之內(nèi)，表明計(jì)算結(jié)果可信。

3 空調(diào)工作時(shí)結(jié)果分析

3.1 整車流場(chǎng)分析

圖2為車速350km/h時(shí)，y=0縱剖面壓力云圖。由圖2可見，頭、尾車空調(diào)機(jī)組所處的位置壓力為較小的負(fù)壓。

3.2 冷凝側(cè)風(fēng)量分析

不同速度下，空調(diào)機(jī)組冷凝風(fēng)量隨車速相對(duì)變化量見圖3所示。

隨著車速的增加，空調(diào)機(jī)組冷凝風(fēng)量出現(xiàn)明顯下降，當(dāng)動(dòng)車組運(yùn)行速度為350km/h時(shí)，頭車和尾車空調(diào)機(jī)組冷凝風(fēng)量分別下降約45%和43%。

3.3 冷凝側(cè)流場(chǎng)分析

為詳細(xì)展示冷凝側(cè)進(jìn)出風(fēng)口的流量、溫度、壓力變化，擬從yoz平面（垂直x軸）和xoy平面（垂直z軸）分別進(jìn)行分析。

3.3.1 yoz平面壓力場(chǎng)分析

為詳細(xì)展示冷凝側(cè)進(jìn)出風(fēng)口的壓力，在下圖4中（a）、（b）、（c）、（d）四個(gè)位置剖面，分別作出壓力、溫度云圖和速度矢量圖。同時(shí)由于在較大車速的情況下，全局速度比例尺過大，難以觀察到較小的變化，故速度矢量圖使用所在平面切向方向上速度分量進(jìn)行繪制。

由于頭尾車空調(diào)僅附面層不同，并無其余明顯差異，故只對(duì)頭車空調(diào)進(jìn)行云圖和矢量圖分析，以下圖片均為頭車空調(diào)機(jī)組。

由于空調(diào)機(jī)組位于列車車身中部，隨著車速的增加，空調(diào)機(jī)組外壓力僅有小幅度負(fù)壓，且冷凝進(jìn)口和出口相對(duì)于列車表面對(duì)稱，故車速造成的壓力差對(duì)空調(diào)無顯著影響。

不同車速下各切面的壓力分布如下圖5所示。車速為0km/h時(shí)，不同剖面壓力分布規(guī)律基本相同。當(dāng)列車開始運(yùn)行時(shí)，車速對(duì)出風(fēng)口壓力分布影響比較大，a、b和c剖面的進(jìn)風(fēng)口壓力增加，由負(fù)壓變?yōu)檎龎?，而d剖面的出風(fēng)口壓力也增加，只是相對(duì)其它剖面增加的幅度稍微小一些，出風(fēng)口壓力增加，將導(dǎo)致出風(fēng)困難，這也是當(dāng)列車高速運(yùn)行時(shí)，冷凝風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)風(fēng)量均偏小的原因。

3.3.2 xoy平面流場(chǎng)分析

取冷凝進(jìn)出口上方10mm處水平面切片作壓力與速度云圖。由于x方向速度與列車速度相關(guān)，會(huì)導(dǎo)致比例尺過大等一系列問題，故僅取垂直方向速度作速度云圖，以此更加直觀地反應(yīng)冷凝進(jìn)出口流量變化關(guān)系。

不同車速下各切面的壓力分布如圖6所示。在靜止工況下，冷凝進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)均勻，冷凝出風(fēng)口也出風(fēng)均勻。隨著車速的增加，主要進(jìn)出風(fēng)區(qū)域均向后部（沿來路向車尾方向）移動(dòng)，前部進(jìn)出風(fēng)量比較小。

4 結(jié)束語

通過動(dòng)車組頂置單元式空調(diào)機(jī)組的冷凝進(jìn)出風(fēng)壓力、冷凝風(fēng)機(jī)風(fēng)量等隨車速變化而變化的情況進(jìn)行數(shù)值仿真，得到結(jié)論：動(dòng)車組速度越大，冷凝器進(jìn)風(fēng)越困難，冷凝風(fēng)量降低，不利于散熱。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢翼稷.空氣動(dòng)力學(xué)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.