383-人工环境试验室不同送风风道结构的计算、验证及评价.pdfVIP

人工环境试验室不同送风风道结构的 计算、验证及评价 戚新秋，张忠斌，黄虎 南京师范大学能源与机械工程学院 摘 要：人工环境试验室可以为空调制冷设备提供国家标准规定的各种试验工况，其流 场越均匀稳定，被试样机周围工况的变化梯度就会越小，性能测试的不确定度便越低，而人 工环境试验室的内部流场情况与其送风风道各风口出风量紧密相关。本文利用理论计算得到 了人工环境试验室方形送风风道（对照组）、30°斜坡送风风道、45°斜坡送风风道、60° 斜坡送风风道、等高度连续斜坡送风风道与等风量连续斜坡送风风道六种型式的风道在同一 送风条件下各风口截面的风速，并通过试验对计算结果进行了验证，实测与计算的最大相对 误差为16.35%，表明该计算方法具有推广的价值，且可推荐的送风速度范围为2～6m/s。进 一步地，提出了综合指标，即均匀性指标/送风效率（压降）指标，以综合指标评价送风风 道热力性能，显示 60°斜坡送风风道的综合指标最佳，从而为人工环境试验室的送风风道 的结构设计和指标评价方法提供决策参考和思路。 关键词：人工环境试验室；送风风道；近似计算；试验验证；指标评价 0 引言 国家节能减排政策的实施使得空调制冷设备的能效要求越来越高，这样对相关设备的性 能测试显得更为至关重要[1] 。人工环境试验室作为检测各类空调制冷设备的测试装置，它在 采集被测试空调制冷设备样机（以下简称被试样机）性能数据时必须为被试样机提供均匀稳 定的工况环境，被试样机周围的环境与标准工况越接近波动越小，得到被试样机测试结果的 不确定度就越低[2] [3] 。国内外各类空调制冷设备的标准 都对被测样机的试验工况条件及允 许的变动幅值做了详细说明，以单元式空气调节机为例，国家标准GB/T 17758-2010 中风冷 型单元式空气调节机额定制冷的试验工况最大变动幅度值为±0.5℃，平均变动幅值为 ±0.3℃。美国标准ANSI/ARI 210/240-2008 中最大允许误差为2℉ （1.1℃）,平均允许误差为 0.5℉(0.28℃)。人工环境试验室内部流场的均匀性越好，被试样机器周围温度梯度波动便越 小，试验工况就越稳定，所以1对人工环境试验室内部流场均匀性的研究是非常有必要且具 有实际意义的。 由于风道内部的静压作用[4] ，送风气流会通过试验室送风风道的各个出风口到达测试区 域，因此人工环境试验室内部流场情况与送风风道各风口的出风量是紧密相关的，为了均衡 各风口的出风，国内外学者都对其进行了研究。国外对变截面风道的研究主要集中在管内流 体流动的计算模型与管道物性参数上，Li T Y 等[5-6]对变截面管道进行了光滑曲管有限元处 理，建立了任意形状的局部截面的运动学模型，然后通过沿弯曲管轴线挤压局部截面得到全 作者简介：戚新秋，男(1993.11-) ，硕士，210042 ，江苏省南京市玄武区板仓街78 号，联系电话： 15651665057，E-mail :qixinqiuwork@163.com 局三维弯管，进而对四种弯管进行了数值模拟试验，并通过商业有限元程序包对模拟结果进 行了验证。进一步地，建立了变壁厚管结构管道单元计算模型。G.H.R. Kefayati 等[7]优化了 管内流体计算的模型，探讨了屈服应力和水利直径对已有Bingham 模型的影响并提出了对 应的改进方式。合肥通用机械研究院滕琴等[8]介绍了变风口面积等截面与等风口面积变截面 两种送风风道的均匀送风方式，并对它们的设计结算进行了说明,进一步的举例展开了实际 应用时的计算方法和考虑因素，阐述了两者不同的适合场所与特点。李素玲等[9]在此基础上 对变截面送风风道设计计算进行了详细的说明与推理，并且优化了计算公式。肖婷等[10]利 用计算流体力学的方法对变截面风管管内的气流组织进行了数值模拟研究，结果表明雷诺数 越大,风管内的静压分布越均匀,送风的均匀性越好；同时证实了变化风道截面面积对整个管 内静压分布的平衡作用是均匀送风的主要原因。 但是上述的研究都是直接提出了风道均匀送风的变截面方式，并未对如何得到这种均匀 变截面的方式进行充分的讨论说明；另一方面，目前的研究只是简单地将各风口的出风量进 行对比，并未对送风风道提出一个合理的评价标准；最后，上述研究只是对变截面送风风道 进行了