风机盘管来流场均匀化数值模拟

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中图分类号： TH43 文献标识码： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.04.013Numerical Simulation of Uniformization of the Head-on Flow Field of the Fan Coil UnitLIU Ze-qin，SU Yun，GUO Xian-min(Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China)Abstract： The numerical simulation of the Hcad.on Flow Field of a fan coil unit with a single blower fan was performed.Thestructure of the traditional fan coil unit in the ease of the supplied air speed to be constant at the outlet of the fan.The resultsshowed that，the central arrangement of the air outlet of the fan in the supply air space would improve the uniform ity of the airdistribution in the Head-on Flow Field. 1 e methods of both sides of the supply air space changed as a divergent form startingfrom the air outlet of the fan，and increased deflectors in the supply air space，could improve the uniform ity of the air distributionin the Head.on Flow Field inordinately.This might impmve tl1e efect of the heat transmission efectiveness of the fan coil unit。

Key words： uniformization of the head-on flow field；fan coil；air space of flow field1 1 言由于风机盘管具有体积孝结构紧凑、噪声低、安装简便、便于独立控制、运行费用低等特点，在集中空调系统的末端装置中得到广泛使用。

盘管是风机盘管机组实现热量交换的核心部件，其换热性能的优劣直接影响机组的工作效率，其中风机盘管来流场分布均匀性是影响盘管换热性能的主要指标之-。风机盘管来流场是指风机送风口至换热盘管之间送风空间的气流分布。研究表明，现有风机盘管产品在运行过程中常出现来收稿日期： 2012-10-31 修稿 日期： 2012-12-04基金项目： 天津市自然科学基金(09JCZDJC24900)流场不均匀，即换热盘管迎风面的来流风风速分布不均匀问题 。本文通过数值模拟方法，探讨影响单风机形式风机盘管机组内来流场分布均匀性的因素，并进行优化设计，以提高风机盘管机组换热效率。

2 来流场气流分布均匀性分析以拥有单风机的风机盘管为例，其送风空间结构紧凑，风机送风口与盘管间距小，-般在10cm以内，送风空间来流场区域面积较校应用2013年第41卷第4期 流 体 机 械 55中因仅考虑风机盘管机组风机和电机的受力平衡 ，风机送风口位置往往不在送风空间的对称线上。本研究为解决送风空间流场的均匀性 ，特将风机送风口位置设置于送风空间的对称线上，如图 1(a)所示。

r(mm)0 0 X(m区m 、(a) (b)图 l 2种送风空I司不意由于风机送风口风速的垂直射流范围并不能完全覆盖送风空间内部，受局部回流区回流风速的影响，风机口风速较难保持恒定值。当风机风速过小时，虽提高了空气与换热器的接触系数，但却减弱了迎面风与盘管之间的对流程度 ；而当风速过大时，虽增加了迎面风速与盘管之间的对流换热，但会在送风空间的两侧顶角局部形成较大的涡流区，出现局部回流现象，空气流动克服湍流阻力增大，使得局部压降增大。为解决此问题，造成盘管迎面风速分布不均匀，速度最大值与最小值之差很大 J。现将送风空间的矩形风道形式改为如图 1(b)所示的从风机送风口处开始的渐扩风道形式，即去掉送风空间的两角，以削弱局部回流现象。

导流片在风管中使用较为广泛，使风管内气流分布均匀，减少阻力。因此可考虑在风机盘管送风空间内设置导流片来改善气流的均匀性。图2显示为在渐扩风道形式送风空间内增设导流片示意 图。

f图2 在送风空间内增加导流片3 来流场数值模拟为进行简化分析，本文仅对风机送风口至换热盘管问的来流场气流组织进行数值模拟。用于数值模拟的风机盘管送风空间几何模型尺寸为450mm(长)x lOOmm(宽)×80ram(高)，如图 3所示。外界空气通过风机，在风机驱动力作用下由风机送风口进入风机盘管来流场区域，并在此区域内向换热盘管方向做受迫运动，风机送风口尺寸为230mm(长)×80mm(宽)。经过风机盘管冷却后的空气流经来流场出风口送入室内。

(80mm60mm )，Zy图 3 数值模拟风机盘管来流场的几何模型空气在风机盘管来流场区域内的空气流动属于紊流流动，空气流动的动力主要来自于风机驱动力，在研究中忽略空气热浮升力和重力。基于本文研究重点集中在探索来流场的均匀性特性 ，在数值模拟时特作以下假设 ：流场内不存在其他热源，模型中除进口和出口外，其余壁面均为光滑绝热表面。气流做低速不可压缩流动、.送风空间内部不进行热量交换，即认为送风空间内为恒温场；来流场区域内的空气流动为稳态流动；风机送风口处即来流厨 口速度场认为均匀 、对于平行风速主流方向的截面上，认为速度分布规律相同；空气的各项物性参数视为常数。

风机送风口速度设为微入 口边界条件，送风空间出口设为自由出流边界条件，其余部分默认为固体边界条件。由于在实际工作中，迎面风速值常采用2～3m/s，数值模拟将风机出口的恒定风速设定为 2.8m/s ，根据上述假设 ，送风空间无换热，故其流场设为恒温常由于在湍流模型中应用范围最广的 K-epsilon计算方式具有稳定性、经济性和比较高的计算精度特点，在欧拉模型计算中采用 K-epsilon计算方式进行湍流计算 。

56 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.4，20134 模拟结果对来流躇匀度的对比分析4.1 风机送风 口位置的影响在Y0mm平面( 平面)上根据模拟工况得到的模拟结果，对来流场出口面的纵坐标速度均值分析对比显示，传统的风机盘管机组其风机送风口不在送风空间对称线上，来流痴气流速分布的均匀性受到明显影响。从图4可以看出，在出口面的坐标轴上，当风机送风 口不在送风空间对称线上时，从 L0至 L225mm处曲线逐步上升，L225mm至 L300mm处曲线趋于平缓，L300mm至L450mm处曲线急剧下降，且速度最大值不在出口面的中心线上。从风机送风口位置设置在对称线上的模拟曲线可以看出，L：50ram至 L200mm处曲线上升梯度较大，变化梯度大于风机送风口未置中时，L200mm至 L300mm处曲线变化稳定，表明在来流场出口面中央区域的速度分布较为均匀，从 L300mm至 400mm处曲线呈快速下降趋势，下降梯度较大，但是，从L0至L50ram处，曲线急剧下降，而在 L400mm至 L450mm处，曲线呈现快速上升，降低了来流场两侧速度均匀性，引起换热器的换热效率降低。

著疽O.00 250 500送风空间长度(ram)图4 风口位置不同时送风空间出口面速度平均值4.2 送风空间两侧回流区的影响将风机送风口置中于送风空间进行速度场的数值模拟，风机送风El处选用渐扩风道形式(如图1(b)所示)，计算结果如图5所示。在Y0mm平面上(XOZ平面)与没有削弱回流区的模拟结果进行对比分析，分析结果显示，削弱送风空间两侧回流区阻力后，减少了来流场出口两侧的回流现象，气流分布较为均匀。但是，整个流场中最大速度与最小速度差值达2.48m/s，高于没有削弱回流区情况下的30%。

O 250 500送风空间长度(mm)图5 削弱回流区后出口面速度平均值4.3 增设导流片的影响在上述(如图 5所示)的模拟基础上增设导流片，进行如图2所示的速度场数值模拟。在 Y 0mm( 平面)得出的模拟结果与前-种模拟结果分析对比，如图6所示。

暑霜O.O0 250 500送风空间长度(mm)图6 增加导流片后出口面速度平均值从图可见，增加导流片后，来流场出口速度平均值达到了2.02m/s，提高了14%，且最大速度与最小速度的差值由2.48m/s减小到1.9m/s，使来流场气流分布更加均匀。

2013年第4l卷第4期 流 体 机 械 575 结论(1)风机盘管风机送风口设置在送风面中间位置，虽然提高了来流场气流分布的均匀性，但是在送风空间来流场两侧具有回流现象，两侧速度分布很不稳定；(2)将送风空间的两侧改为从风机送风口处开始的渐扩风道形式情况，可削弱送风空间两侧回流现象，气流分布均匀性虽然得到提高，但其两侧的速度平均值有所降低；(3)在送风空间内增加导流片，虽然气流在送风空间内部的阻力增加，但能使来流场气流分布更加均匀，送风空间出口的速度平均值也有所提高；(4)针对风机盘管送风空间气流分布不均匀的特点，提出改变风机送风口位置、通过改变从风机送风口处的风道形式以削弱来流场两侧回流区阻力和在送风空间内增加导流片，从图4-6的对比可以看出，送风空间的流速场得到了优化。