出口泰国机车司机室空调设计与仿真

出口泰国机车司机室空调设计与仿真

康如心,于辰飞,赵宾,尹鑫

中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116021

摘要：本文介绍了泰国机车空调及风道的设计，并采用CFD软件对风道的出风口流量和压力分布进行了计算，增加了出风口的送风均匀性。

关键字：空调 风道 仿真分析

2022年6月，中车大连机车车辆有限公司生产的首台泰国机车下线。泰国属于热带季风性气候，一年中大部分时间高温高湿，空调系统作为司机室的关键部件，其性能决定着司机室内司乘人员的舒适性，提升空调系统的性能，可以极大地提高客户的满意度。以往车型提升空调风道的送风均匀性，需要制造风道样件，并通过多次试验，改进风道结构，最终风道送风均匀性得到提升，但是此过程需要耗费很多的人力物力和时间，尤其是对于短周期的项目，时间周期不够完成改进试验。为了降低泰国机车空调风道的阻力、提升各送风口送风均匀性，本文采用CFD 软件对泰国机车司机室空调风道进行仿真分析，研究了风道内气流分布的速度场，并对风道出风口的风量均匀性进行了分析，最终通过调整空调风道内扰流板结构，提升了司机室内部的温度分布均匀性。

1 泰国机车空调系统概述

为了美观和减少空气阻力，泰国机车司机室采用流线型造型，空调机组采用顶置嵌入单元式安装，机组的制冷量为7KW，制冷剂采用R407C。由于空调机组裸露在外，需要考虑防腐蚀设计，在设计时空调壳体采用不锈钢材质。空调机组采用下出风、下回风形式，出风口、回风口与司机室顶盖法兰对接，通过密封条密封。

针对泰国高温高湿环境，空调按照Q/CR 278-2015《机车空调装置技术条件》进行设计及试验。

泰国湿度大，空调机组蒸发器产生的冷凝水较多，需要对排水孔的直径、接水盘翻边高度进行适当增加，避免冷凝水从接水盘溅出，该车冷凝水从顶盖通过预埋钢管排到车下，保证与车内不相通，避免了冷凝水在顶盖四处流淌。

2 风道结构设计

泰国机车设有前窗出风口、后墙出风口和回风口，风口位置及气流组织如图1、图2所示。由于昼夜温差原因，为防止前窗玻璃出现水雾，增加前窗出风口，但顶盖高度空间有限，风道截面小而风道长度大，这种结构形式很难保证各层风道的送风均匀性。针对前窗出风口流量小的问题，本文通过仿真分析优化风道的结构尺寸、送风口面积以及扰流板安装位置，最终优化了风道结构，提升了泰国机车风道送风均匀性，确保司乘人员的舒适性。

图1 风口位置

图2 气流组织

3 空调风道仿真分析

建立了泰国机车风道数值计算模型，对风道内的气流组织进行CFD仿真计算，得到风道出风口流量和压力分布。

风道模型由2个出风口和1个前窗出风口组成，如图3所示，计算域确定以后，需要进行网格划分。流体网格和边界层设定使用CFD软件实现，采用四面体非结构化网格划分方法，整体网格单元数量为2382348个，总节点数为420273个，计算结果如图4、图5和表1、表2所示。

图3风道模型

图 4 速度矢量图

图 5  风道压力分布云图

表 1 风道各个出风口风量计算结果表     表2 风道各个出风口风速计算结果

4 总结

本文介绍了泰国机车空调系统，在方案设计阶段采用CFD方法对风道的出风口流量和压力分布进行了计算，并对风道结构进行优化，从而直观地判断风道的送风均匀性；增加了前窗出风口的风量，解决了前窗玻璃出现水雾的现象，避免了多次样件试验，节省了大量的人力物力和时间，同时缩短了机车的生产周期，保证了项目周期，对其他车型设计积累了宝贵的经验。