Airpak在列車空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

黃冬梅    徐綱
（北京海基科技發(fā)展有限責(zé)任公司   100086）

[摘要]  Airpak是Fluent公司推出的應(yīng)用于通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)軟件。本文以airpak軟件在列車空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，對(duì)該軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。
關(guān)鍵詞：Airpak      軟件      空調(diào)     

1.  前言
        Airpak是面向通風(fēng)系統(tǒng)工程師、建筑師和設(shè)計(jì)師的專業(yè)的通風(fēng)系統(tǒng)分析軟件。它可以精確地模擬通風(fēng)系統(tǒng)的空氣流動(dòng)、傳熱、污染和舒適度等。從而減少設(shè)計(jì)成本、降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。
        Airpak軟件的應(yīng)用領(lǐng)域包括建筑、汽車、樓房、化學(xué)、環(huán)境、HVAC、加工、采礦、造紙、石油、制藥、電站、打印、半導(dǎo)體、通訊、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。目前Airpak已在如下方面的設(shè)計(jì)得到了應(yīng)用：住宅通風(fēng)、排煙罩設(shè)計(jì)、電訊室設(shè)計(jì)、凈化間設(shè)計(jì)、污染控制、工業(yè)空調(diào)、工業(yè)通風(fēng)、工業(yè)衛(wèi)生、職業(yè)健康和保險(xiǎn)、建筑外部繞流、運(yùn)輸通風(fēng)、礦井通風(fēng)、煙火管理、教育設(shè)施、醫(yī)療設(shè)施、動(dòng)植物生存環(huán)境、廚房通風(fēng)、餐廳和酒吧、電站通風(fēng)、封閉車輛設(shè)施、體育場(chǎng)、競(jìng)技場(chǎng)、總裝廠房等。
         Airpak的特點(diǎn)是建模快速，它多種有現(xiàn)成的幾何模型，如人體模型、空調(diào)模型、排煙罩模型、通風(fēng)管道模型等。可以使您在很短的時(shí)間內(nèi)完成您的幾何建模型工作。這樣您的注意力就可以集中到通風(fēng)設(shè)計(jì)而不是畫圖了。Airpak的求解器是Fluent5.5，目前最強(qiáng)大的CFD求解器。它的后處理不僅包括切面、云圖，還包括流跡線、粒子動(dòng)畫。這些動(dòng)畫您可以保存為通用的Avi, Gif, Mpeg, Fli等的動(dòng)畫文件。它的后處理還包括用戶更關(guān)心的舒適度評(píng)估設(shè)計(jì)性能參數(shù)，如相對(duì)濕度(relative humidity)、PMV&PPD、平均幅射溫度(mean radiant temperature)、平均空氣滯留時(shí)間(mean age of air)等。
         本文就某列車空調(diào)系統(tǒng)的分析，對(duì)airpak軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。

2．問(wèn)題描述及模型建立
2.1問(wèn)題描述
隨著國(guó)民生活水平的提高，人們已經(jīng)不滿足于普通列車的條件。空調(diào)列車相繼由各家客車廠研制生產(chǎn)。但是空調(diào)客車的空調(diào)系統(tǒng)是否達(dá)標(biāo)是各家最關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。如果設(shè)計(jì)不達(dá)標(biāo)則意味著國(guó)家不會(huì)采用這樣的客車。激烈的競(jìng)爭(zhēng)使他們想到了設(shè)計(jì)階段的數(shù)值仿真。Airpak的出現(xiàn)給各家?guī)?lái)了福音。
這是一輛普通空調(diào)客車的軟臥車廂（見圖1），空調(diào)機(jī)組在車廂的左端，風(fēng)道在車廂的頂部，每一個(gè)房間的頂部有進(jìn)風(fēng)口，房間和走廊的隔板處有出風(fēng)口。空調(diào)機(jī)組采用了流體塊和風(fēng)扇組合建模完成的。因?yàn)樵撜n題是對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的分析，我們采用了簡(jiǎn)化的人體模型。
每一個(gè)房間的進(jìn)風(fēng)口處都有三塊斜板，這是該空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。正是這三塊導(dǎo)流板保證了頂部氣流能夠進(jìn)入到每個(gè)房間。也正是每個(gè)房間這三塊小尺度的導(dǎo)流板，使得該問(wèn)題的分析工作量較大。整個(gè)車廂的長(zhǎng)度有18m多，而斜板只有20mm左右。每個(gè)房間斜板的高度還各不相同。尺度差異過(guò)大，使整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)格數(shù)目增加到了120萬(wàn)。
2.2 模型建立
        該模型的建立重點(diǎn)在空調(diào)系統(tǒng)，采用了Airpak軟件提供的Recirculation Opening模型。這種模型是利用供風(fēng)口和回風(fēng)口的溫差給出的。而溫差是由于制冷量引起的。即：
Tsupply = Textract +? T
3.  計(jì)算結(jié)果
        根據(jù)建模分析，我們得到了如下結(jié)果。圖3是速度切面云圖。可以看出整個(gè)車廂的每個(gè)房間速度分布還較為均勻。圖4  給出了某一房間氣流入口速度矢量。可以看出氣流在風(fēng)道內(nèi)高速流動(dòng)，遇到導(dǎo)流斜板后有一部分進(jìn)入到小房間內(nèi)，其余則仍高速向前流動(dòng)，再遇到導(dǎo)流斜板，則再有一部分氣流流入小房間，如此流動(dòng)，到車廂的尾部，氣流速度有所減小，溫度升高。
4. 小結(jié)
         由上述分析可以看出，每一個(gè)包廂內(nèi)的溫度分布和氣流速度都比較均勻。符合客車設(shè)計(jì)的真實(shí)情況。但總的來(lái)講，前面的包廂要比后面的包廂溫度低。這說(shuō)明了設(shè)計(jì)還需要改進(jìn)。
         因此可以說(shuō)，Airpak的分析是有效的。能夠指導(dǎo)設(shè)計(jì)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)。       
 

Icepak資料下載:  FLUENT第一屆中國(guó)用戶大會(huì)論文集33-40.pdf
 

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