动车组空调机组冷凝风量仿真分析

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　　摘  要：文章通过计算机仿真的方法，分析了动车组运行时速对顶置式空调机组冷凝风量的影响。通过仿真分析，得出空调机组冷凝风量车，随着动车组运行速度的提高而减小。
　　关键词：动车组;空调机组;冷凝风机;风量;仿真分析
　　中图分类号：U266 文献标志码：A 文章编号：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 计算模型及网格
　　计算采用2辆车编组模型，头、尾车车顶各设置一台空调。空调机组模型与实际模型基本一致，进出风口无导流结构，模型比例1：1，计算模型如图1所示。
　　2 计算校核
　　2.1 校核工况
　　在正式计算前，先对计算方法进行校核，列车车速为0km/h，空调机组正常工作，校核冷凝风量。
　　2.2 校核结果及分析
　　车辆静止，空调运行时，冷凝风量的仿真值与实测值相比偏小，误差为-5.2%。误差产生的原因主要是计算对风道进行了一定程度的简化，导致阻力减小。综合计算与实验的结果分析，误差值在可接受范围之内，表明计算结果可信。
　　3 空调工作时结果分析
　　3.1 整车流场分析
　　图2为车速350km/h时，y=0纵剖面压力云图。由图2可见，头、尾车空调机组所处的位置压力为较小的负压。
　　3.2 冷凝侧风量分析
　　不同速度下，空调机组冷凝风量随车速相对变化量见图3所示。
　　随着车速的增加，空调机组冷凝风量出现明显下降，当动车组运行速度为350km/h时，头车和尾车空调机组冷凝风量分别下降约45%和43%。
　　3.3 冷凝侧流场分析
　　为详细展示冷凝侧进出风口的流量、温度、压力变化，拟从yoz平面（垂直x軸）和xoy平面（垂直z轴）分别进行分析。
　　3.3.1 yoz平面压力场分析
　　为详细展示冷凝侧进出风口的压力，在下图4中（a）、（b）、（c）、（d）四个位置剖面，分别作出压力、温度云图和速度矢量图。同时由于在较大车速的情况下，全局速度比例尺过大，难以观察到较小的变化，故速度矢量图使用所在平面切向方向上速度分量进行绘制。
　　由于头尾车空调仅附面层不同，并无其余明显差异，故只对头车空调进行云图和矢量图分析，以下图片均为头车空调机组。
　　由于空调机组位于列车车身中部，随着车速的增加，空调机组外压力仅有小幅度负压，且冷凝进口和出口相对于列车表面对称，故车速造成的压力差对空调无显著影响。
　　不同车速下各切面的压力分布如下图5所示。车速为0km/h时，不同剖面压力分布规律基本相同。当列车开始运行时，车速对出风口压力分布影响比较大，a、b和c剖面的进风口压力增加，由负压变为正压，而d剖面的出风口压力也增加，只是相对其它剖面增加的幅度稍微小一些，出风口压力增加，将导致出风困难，这也是当列车高速运行时，冷凝风机进风和出风风量均偏小的原因。
　　3.3.2 xoy平面流场分析
　　取冷凝进出口上方10mm处水平面切片作压力与速度云图。由于x方向速度与列车速度相关，会导致比例尺过大等一系列问题，故仅取垂直方向速度作速度云图，以此更加直观地反应冷凝进出口流量变化关系。
　　不同车速下各切面的压力分布如图6所示。在静止工况下，冷凝进风口进风均匀，冷凝出风口也出风均匀。随着车速的增加，主要进出风区域均向后部（沿来路向车尾方向）移动，前部进出风量比较小。
　　4 结束语
　　通过动车组顶置单元式空调机组的冷凝进出风压力、冷凝风机风量等随车速变化而变化的情况进行数值仿真，得到结论：动车组速度越大，冷凝器进风越困难，冷凝风量降低，不利于散热。
　　参考文献：
　　[1]钱翼稷.空气动力学[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
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