劉明利 王光輝 魏勇亮 劉建坤 劉鵬飛

摘 要

以UG NX 10軟件為平臺(tái)，利用三維不可壓縮流體的k-ε湍流運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，對所設(shè)計(jì)的方艙空調(diào)風(fēng)道氣流流動(dòng)過程進(jìn)行仿真，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明模型建立正確，仿真分析結(jié)論可靠，對縮短方艙空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞

UG;方艙;風(fēng)道

中圖分類號(hào)： TN957 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.026

0 引言

由于方艙基本都是在野外環(huán)境工作，為了獲得符合人體感受的車內(nèi)環(huán)境，必須對方艙內(nèi)部進(jìn)行空氣溫度調(diào)節(jié)。整體外置式空調(diào)被越來越多的方艙廣泛選用。

整體外置式空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)是通過進(jìn)風(fēng)→回風(fēng)的方式進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)。冷空氣經(jīng)過空調(diào)出風(fēng)口→風(fēng)道→艙內(nèi)→空調(diào)回風(fēng)口，形成艙內(nèi)空氣循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱交換。風(fēng)道布局由于受到艙內(nèi)空間限制，形狀往往不規(guī)則，風(fēng)道內(nèi)的氣流流動(dòng)也呈現(xiàn)不規(guī)則特性。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程主要依賴經(jīng)驗(yàn)已難以勝任，主要表現(xiàn)在：

1）主觀性大，設(shè)計(jì)師以往的工程經(jīng)驗(yàn)決定了風(fēng)道設(shè)計(jì)的優(yōu)劣;

2）工作量大、設(shè)計(jì)周期長，有時(shí)通過反復(fù)設(shè)計(jì)校核也得不到滿意結(jié)果;

3）局限性大，只能對某些位置的某些參數(shù)（如風(fēng)壓、風(fēng)速）進(jìn)行理論計(jì)算，無法得到整個(gè)流道的全局結(jié)果。

1 基本理論

2 物理模型

某型號(hào)方艙采用隔艙設(shè)計(jì)，艙體分為前部設(shè)備艙及后部工作艙，方艙內(nèi)布置了電子設(shè)備及人員操作席位。空調(diào)的出、回風(fēng)口均布置在方艙前部，空調(diào)出風(fēng)量2240m3/h，出風(fēng)口風(fēng)壓200Pa。空氣從空調(diào)出風(fēng)口進(jìn)入方艙后，先進(jìn)入前端風(fēng)道，然后進(jìn)入兩側(cè)風(fēng)道。風(fēng)道上布置了24組風(fēng)嘴，其中設(shè)備艙6組，工作艙18組。風(fēng)嘴布局主要考慮了保證送風(fēng)氣流在人員區(qū)形成均勻溫度場和速度場，降低人員的“吹風(fēng)感”，并盡量避免“腦后風(fēng)”。圖1為方艙風(fēng)道三維模型。

3 仿真分析

為了簡化分析，對計(jì)算流域進(jìn)行幾點(diǎn)假設(shè)：

（1）流動(dòng)介質(zhì)為空氣;

（2）流體區(qū)為常物性，流動(dòng)區(qū)域?yàn)榉€(wěn)態(tài)湍流;

（3）不考慮重力影響和溫度影響;

（4）進(jìn)口壓力分布均勻;

（5）壓力出口背壓為零;

（6）風(fēng)道密封良好無空氣泄漏。

在UG NX平臺(tái)上對設(shè)計(jì)的風(fēng)道建立氣流流動(dòng)計(jì)算域。采用NX Nastran單元庫中的Hex8和Wedge6 單元進(jìn)行邊界層網(wǎng)格劃分，采用Tetra4單元進(jìn)行非邊界層體網(wǎng)格劃分，劃分完成后單元總數(shù)量為2535004個(gè)。根據(jù)假設(shè)條件設(shè)置進(jìn)、出口邊界，進(jìn)口風(fēng)量為2240m3/h，得到了管道內(nèi)氣流流線分布圖，表1為各出風(fēng)口的平均風(fēng)速及流量。從氣流流線圖可以發(fā)現(xiàn)，由于風(fēng)道長度長，從而導(dǎo)致末端出風(fēng)口風(fēng)量較小，隔門上的通風(fēng)面積對于風(fēng)道出風(fēng)口的風(fēng)速有一定影響。

分析結(jié)果說明該風(fēng)道局部設(shè)計(jì)尚不夠完善，通過在風(fēng)道轉(zhuǎn)角處增加導(dǎo)風(fēng)板，圓弧過渡，可以減少渦旋及壓損。

4 結(jié)束語

本文基于CFD理論，對方艙內(nèi)空調(diào)風(fēng)道內(nèi)部空氣的流動(dòng)特性進(jìn)行了仿真分析，仿真分析結(jié)果達(dá)到了定量分析要求，說明本文建立的計(jì)算模型是可以用于實(shí)際風(fēng)道設(shè)計(jì)的。

參考文獻(xiàn)

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