動車組空調機組冷凝風量仿真分析

劉效宙　李江春　劉振環

摘? 要：文章通過計算機仿真的方法，分析了動車組運行時速對頂置式空調機組冷凝風量的影響。通過仿真分析，得出空調機組冷凝風量車，隨著動車組運行速度的提高而減小。

關鍵詞：動車組;空調機組;冷凝風機;風量;仿真分析

中圖分類號：U266 文獻標志碼：A 文章編號：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 計算模型及網格

計算采用2輛車編組模型，頭、尾車車頂各設置一臺空調。空調機組模型與實際模型基本一致，進出風口無導流結構，模型比例1：1，計算模型如圖1所示。

2 計算校核

2.1 校核工況

在正式計算前，先對計算方法進行校核，列車車速為0km/h，空調機組正常工作，校核冷凝風量。

2.2 校核結果及分析

車輛靜止，空調運行時，冷凝風量的仿真值與實測值相比偏小，誤差為-5.2%。誤差產生的原因主要是計算對風道進行了一定程度的簡化，導致阻力減小。綜合計算與實驗的結果分析，誤差值在可接受范圍之內，表明計算結果可信。

3 空調工作時結果分析

3.1 整車流場分析

圖2為車速350km/h時，y=0縱剖面壓力云圖。由圖2可見，頭、尾車空調機組所處的位置壓力為較小的負壓。

3.2 冷凝側風量分析

不同速度下，空調機組冷凝風量隨車速相對變化量見圖3所示。

隨著車速的增加，空調機組冷凝風量出現明顯下降，當動車組運行速度為350km/h時，頭車和尾車空調機組冷凝風量分別下降約45%和43%。

3.3 冷凝側流場分析

為詳細展示冷凝側進出風口的流量、溫度、壓力變化，擬從yoz平面（垂直x軸）和xoy平面（垂直z軸）分別進行分析。

3.3.1 yoz平面壓力場分析

為詳細展示冷凝側進出風口的壓力，在下圖4中（a）、（b）、（c）、（d）四個位置剖面，分別作出壓力、溫度云圖和速度矢量圖。同時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行繪制。

由于頭尾車空調僅附面層不同，并無其余明顯差異，故只對頭車空調進行云圖和矢量圖分析，以下圖片均為頭車空調機組。

由于空調機組位于列車車身中部，隨著車速的增加，空調機組外壓力僅有小幅度負壓，且冷凝進口和出口相對于列車表面對稱，故車速造成的壓力差對空調無顯著影響。

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，不同剖面壓力分布規律基本相同。當列車開始運行時，車速對出風口壓力分布影響比較大，a、b和c剖面的進風口壓力增加，由負壓變為正壓，而d剖面的出風口壓力也增加，只是相對其它剖面增加的幅度稍微小一些，出風口壓力增加，將導致出風困難，這也是當列車高速運行時，冷凝風機進風和出風風量均偏小的原因。

3.3.2 xoy平面流場分析

取冷凝進出口上方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，會導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冷凝進出口流量變化關系。

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

4 結束語

通過動車組頂置單元式空調機組的冷凝進出風壓力、冷凝風機風量等隨車速變化而變化的情況進行數值仿真，得到結論：動車組速度越大，冷凝器進風越困難，冷凝風量降低，不利于散熱。

參考文獻：

[1]錢翼稷.空氣動力學[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.