动车风道系统的合理化设计

[摘 要]文章简要介绍了国内某高速列车风道系统的设计理念，并结合流体动力学（CFD）对风道的有关数据计算，从而根据相关数据进一步确定高速列车风道系统结构设计的合理性，进而减少实验时间。

[关键词]高速列车 风道系统 仿真模拟计算 结构设计合理性

中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）07-0034-01

引言

随着我国高速列车迅猛发展，完善改进客室的内部环境也是必不可少。风道系统是客室重要组成部分之一。客室内合理的风道系统是保证乘客安全舒适的重要因素。为此需要探讨客室风道系统的设计方法，设计出合理的风道系统。

1.风道系统设计的基本原则

（1）送风口风速：TB/T1951-87《客车空调设计参数》中，以噪音为控制标准的允许送风流速：1-3m/s；推荐风速：2.5-3 M/S（风口距地≤2.5m） 3.5-4m/s （风口距地≤4.5m）。

根据风速以及风量的大小，可以估算出风道的面积：

假定为理想气体：

Q 通过有效断面的流量m3/h

A：有效断面面积m2

V：通过有效断面的流速m/s

A：在实际运用上对于流线呈平行直线的情况下，有效断面可以定义为：与流体运动方向垂直的横断面。

（2）风管不能突然扩大、突然缩小： 风管变径时，顺气流方向分为扩大与缩小两种情况。一般扩大斜度宜不大于1/7，即是≤15°，而缩小不宜大于1/4，即≤30 °否则，造成阻力增大，风量减少。

风管突然扩大或缩小，导致流动速度的改变

（3）弯头不能随便弯：弯头无导流叶片时，其弯曲半径R最小不得小于1/2W，（W为风管的宽度）。一般以1W为宜。带导流叶片之弯头。由于受空间及障碍物的限制，弯头内侧的曲率半径小于1/2W时，气流所形成的涡流大，压力损失多，此时需加导流叶片。

（4）风管系统配置：设计风管系统时，弯头与弯头之间，弯头与出风口之间的距离不能太小。太小则涡流严重，气流分布不均，出风口调不出设计送风量。

（5）管道保温：保温层与管壁必须密贴，两片保温层连接处必须粘接在一起， 这样才能保证室内空气不会渗入到保温层内部，碰至冷管壁上，因冷管壁的温度低于室内空气的露点，导致产生凝结水。一般情况下，采用导热系数不大于0.035W/（m℃）， 厚度20mm 即可以保证空调风道的保温需要。导热系数越大，需要的保温材厚度越厚。

2.风道系统设计的基本结构

该车风道是由铝合金铆接，表面粘接凯门福乐斯材料。铝合金具体材料是2毫米厚度5A05，其特点是韧性好、强度高、焊接性能可靠。其作用是搭建构成可靠的风道框架；凯门福乐斯厚度是20毫米，导热系W/（m.K）在温度0℃―40℃范围内小于0.035，导热系数符合GB/T17794《柔性泡沫橡塑绝热制品》标准规定的要求。

如图所示空气先是由空调风机输送到消音风道，经过消音风道适当的降速去噪音，再经主风道或消音风道分流到各个侧风道，通过侧风道使新鲜空气均匀的送到顶板的出风格栅，从而达到均匀送风的效果。

3.风道系统模拟

运用CFD软件送风风道进行了模拟分析。

本次模拟模型按1：1的比例建立模型，考虑到模拟计算的复杂程度和计算时间，其中一些细节部分如风道管道中的挡板、支座、铆钉、螺栓、法兰等因素未加载到模型

在模拟过程中，各风道出口均设为压力出口（pressure-outlet），用压力将各部分关联起来，如侧风道风口在消声部模拟中是出口，在侧风道模拟中是进口，经侧风道模拟得出进口压力即可作为消声部模拟的出口压力。

设计总送风量为4500m3/h，对于消声部进口边界设置成Velocity inlet类型，送风干管的设计风量为4500m3/h、入口风速5.7m/s

各部分的速度分布如下：

4.风道系统模拟结果分析

不均匀系数的计算方法：首先求出需要计算不均匀系数的风口风量的平均值

再求出风口风量的标准差

不均匀系数即为标准偏差与平均值的比值： S/X =30.46/449.7=6.7%

从模拟结果可计算得出：侧风道风量的不均匀系数为6.7%，可见不均匀系数不超过10%，满足计算要求。

5.结束语

由于动车复杂的运行环境及内部多样的配套设施，这就造成影响风道系统合理性设计的因素多样性，其中以风道结构为主要影响因素。为此在实际设计中，应综合考虑各种因素，进行合理化设计，同时在设计后期结合流体动力学（CFD）对风道进行有关数据计算，从而根据相关数据确定高速列车风道系统结构设计的合理性，进而减少实验时间。

作者简介

邵春雷，男，学士，轨道车辆设计工程师，现从事轨道车辆司机室产品研发工作。