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方舱空调风道设计中UG的应用研究

2020-08-22 186 上传者：管理员

摘要：以UGNX10软件为平台，利用三维不可压缩流体的k-ε湍流运动数学模型，对所设计的方舱空调风道气流流动过程进行仿真，并进行实验验证。结果表明模型建立正确，仿真分析结论可靠，对缩短方舱空调风道设计周期、提高产品设计可靠性具有指导意义。

关键词：
UG
军事器材
军事技术
方舱
风道
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由于方舱基本都是在野外环境工作，为了获得符合人体感受的车内环境，必须对方舱内部进行空气温度调节。整体外置式空调被越来越多的方舱广泛选用。

整体外置式空调通风系统是通过进风→回风的方式进行强迫通风。冷空气经过空调出风口→风道→舱内→空调回风口，形成舱内空气循环，实现热交换。风道布局由于受到舱内空间限制，形状往往不规则，风道内的气流流动也呈现不规则特性。传统设计流程主要依赖经验已难以胜任，主要表现在：

1）主观性大，设计师以往的工程经验决定了风道设计的优劣；

2）工作量大、设计周期长，有时通过反复设计校核也得不到满意结果；

3）局限性大，只能对某些位置的某些参数（如风压、风速）进行理论计算，无法得到整个流道的全局结果。

1、基本理论

风道中空气湍流流动数学模型如下：

(1）连续方程

(2）动量方程

(3)k方程

(4）ε方程

2、物理模型

某型号方舱采用隔舱设计，舱体分为前部设备舱及后部工作舱，方舱内布置了电子设备及人员操作席位。空调的出、回风口均布置在方舱前部，空调出风量2240m3/h，出风口风压200Pa。空气从空调出风口进入方舱后，先进入前端风道，然后进入两侧风道。风道上布置了24组风嘴，其中设备舱6组，工作舱18组。风嘴布局主要考虑了保证送风气流在人员区形成均匀温度场和速度场，降低人员的“吹风感”，并尽量避免“脑后风”。图1为方舱风道三维模型。

图1方舱风道三维模型

3、仿真分析

为了简化分析，对计算流域进行几点假设：

(1）流动介质为空气；

(2）流体区为常物性，流动区域为稳态湍流；

(3）不考虑重力影响和温度影响；

(4）进口压力分布均匀；

(5）压力出口背压为零；

(6）风道密封良好无空气泄漏。

图2出口速度分布

图3风道压力分布

图4管道内气流流线分布

在UGNX平台上对设计的风道建立气流流动计算域。采用NXNastran单元库中的Hex8和Wedge6单元进行边界层网格划分，采用Tetra4单元进行非边界层体网格划分，划分完成后单元总数量为2535004个。根据假设条件设置进、出口边界，进口风量为2240m3/h，得到了管道内气流流线分布图，表1为各出风口的平均风速及流量。从气流流线图可以发现，由于风道长度长，从而导致末端出风口风量较小，隔门上的通风面积对于风道出风口的风速有一定影响。

分析结果说明该风道局部设计尚不够完善，通过在风道转角处增加导风板，圆弧过渡，可以减少涡旋及压损。

4、结束语

本文基于CFD理论，对方舱内空调风道内部空气的流动特性进行了仿真分析，仿真分析结果达到了定量分析要求，说明本文建立的计算模型是可以用于实际风道设计的。

表1各出风口的平均风速及流量

参考文献：

[1]靳晓丽,等.军用空调通风系统的设计[J].电子机械工程,2009(5).

[2]夏云,等.基于UG的特种车辆空调风道仿真分析与研究[J].

刘明利,王光辉,魏勇亮,刘建坤,刘鹏飞.UG在方舱空调风道设计中的应用[J].科技视界,2020(15):79-80.