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摘要：本文以计算流体力学为理论依据，基于FLUENT环境，对全新开发产品新风除霾机组（手板样机）的风道系统进行CFD仿真分析，经过样机的初步风量测试发现，机组顶部功能段（高效过滤、加湿、香氛功能段）安装后，导致整个机组风量损失较大，噪音偏高，因此针对机组第二段与第三段装配处（风机及以上部位）的流体分布状态进行仿真分析。结合仿真分析结果，追踪出风道结构设计不合理区域，重新评估方案并改进设计风道结构。机组风道改进设计后，再次测试机组风量，发现风道结构优化后的总风量比优化前提升20%左右，噪音值（声压级）降低2分贝左右。通过仿真分析及实际测试结果显示，CFD仿真分析结果较为精准，实现了缩短新产品开发周期的目的，降低了研发成本。
关键词：空气定制；新风除霾机组；风道系统
1 引言
随着《苍穹之下》的播出，人们开始意识到我们的国家、地区，甚至连自己生活过的故乡的空气都已经被污染到非常严重的地步，老百姓开始了解到了什么是雾霾，从此彻底掀开了室内空气净化设备及新风净化设备持续创新与研发的序幕。新风净化机组风道的结构优化设计一直是该技术领域研究的重点课题[1-2]，合理的风道优化设计不但可以充分发挥风机的运行效率，而且可以降低机组的运行噪音。因此，高品质的空气净化设备，特别是空气定制设备应该从合理的风道结构设计开始。
本文针对新风除霾机组手板样机的风道进行CFD仿真分析，根据仿真分析结果，对机组风道结构优化设计及改进，再通过分析风道结构优化前后的对比测试数据，从而验证仿真模型的正确性[3]。
2 手板样机初步风量测试数据分析
采用风量测试仪器对手板样机做了初步的风量测试，测试到在送风电压10V，回风阀全开，机组内部系统阻力最小的情况下，机组出风口的总风量402m3/h；相同状态下，拆除机组顶部功能段，机组出风口总风量1000 m3/h左右，根据理论计算，高效过滤器的阻力值约为100Pa，测试数据显示安装第三段功能段后机组总风量衰减严重，推断机组的风道设计及布局不合理，从而导致风道系统阻力急剧增大，总出风量衰减较大。根据上述分析，判断机组第二段与第三段装配处（风机及以上部位）存在结构布局设计问题。
3 样机三维模型及简化流道网格模型
根据手板样机测试数据显示，机组顶部功能段安装后，导致整个机组风量损失较大，噪音偏高，考虑到仿真计算量，本文仅对风机及上部的流道进行简化及网格划分，针对机组第二段与第三段装配处（风机及以上部位）的流体分布状态进行仿真分析。如图1所示，左图为新风除霾机组半剖内部结构图，中图为风机及上部简化流道图，右图为简化流道网格划分图。
4 基于Fluent的机组风道仿真分析
1）模拟分析条件设定
（a）离心风扇的转速：2500rpm；
（b）边界条件：进出口采用压力进出口边界条件；
（c）空气介质物性参数：
密度：1.225（kg/m3）；粘度：1.7894E-5（Pa•s）；
（d）采用运动参考坐标系模型处理离心风扇的旋转运动。
2）仿真分析结果
根据此机组的新产品性能设计计算书，机组底部段换热器和初效滤网的阻力值大约100Pa左右，因此在风机进风口设置了100Pa的阻力参数，单独对顶部风机以上部分做CFD分析，具体仿真分析结果见以下图组。
主要结构优化设计方案：调换高效过滤器与湿膜加湿器的安装位置，提升香氛机安装位置，使风道更顺畅。经过再次测试结果发现，调整后的机组的最大风量由402m3/h提升为483 m3/h，此风量下的机组运行噪音降低了约2分贝。
5 结论
通过对新风除霾机组的风道优化仿真分析以及对实测数据的分析，确认机组风道结构设计不合理位置，从而优化设计改进，通过实测数据验证优化方案是否合理，本文所做工作充分显示了基于FLUENT的新风除霾机组风道系统的优化设计是可以起到较大的设计参考作用的，对于全新产品的风机风道设计有所帮助，缩短产品开发周期及降低手板制作成本。特别感谢宁波智宇流体技术有限公司的技术支持与协助。
参考文献：
[1]贺赛，梁文伟，赵福全.汽车空调风道的优化设计．汽车工程师，2012，10：25-30
[2]古正气，申红丽，杨振东，尹郁琦．汽车空调风道改进及对成员热舒适性影响分析.重庆大学学报，2013，36（8）：91-96
[3]蔺勇智.基于FLUENT的变频中央空调室外机散热风道的优化设计.中国新技术新产品，2017，03：64-65
作者简介：
蔺勇智，男，籍贯黑龙江省东宁县，2010年毕业于哈尔滨理工大学，获得机械制造及其自动化专业工学硕士学位，从事空气品质处理设备及系统研发等相关工作。
论文作者:蔺勇智1,朱云亮2,张展文3,方鹏文4
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/8
标签：风道论文; 机组论文; 风量论文; 新风论文; 风机论文; 样机论文; 手板论文; 《基层建设》2017年第19期论文;