ANSYS CFD环控系统轴流风机仿真分析解决方案

一、环控系统轴流风机仿真分析的必要性

目前，我国正处于大规模城市化的时期，伴随着城市规模的扩大，人口的增多，城市交通日益拥挤，原有的道路及公共交通设施已经不能满足要求，严重影响着人们的生活和经济的发展。因此，我国已经决定在今后一段时期内大力发展城市轨道交通，以缓解城市交通问题。地下铁道作为城市轨道交通的一种主要方式得到了迅速的发展。

地铁环控系统是整个地铁工程的重要组成部分。列车和各种设备的运行以及乘客将释放出大量的热量，如果不及时排除，将使车站和区间的温度上升。这就需要环控系统将这些热量处理掉，目前解决的方法主要有两种:机械制冷和机械通风的方式来排除。机械制冷的方式是环控系统的必然方式，然而由于地铁处于地面以下，而土壤是一个巨大的蓄热体，在近15年左右的时间内，产生的热量基本上都能被消化掉，因此，在地铁运行的前近15年内完全可以利用机械通风的方式，充分利用土壤的蓄热能力满足空调的要求。这样，在新建的地铁项目中，通风系统在地铁环控系统中将占有很高的地位。

由于机械通风就起到了通风、空调（过渡季节）的作用，另一方面根据需要还必须起到防排烟的作用，而消防排烟的风量远大于新风和空调通风的风量，并且排烟和送风的风向相反。因此，如果要满足上述每个的要求，一种方案是选择安装风量大小不同的多种风机；另一种方案是采用变频调速可逆转地铁专用风机。可逆转变频地铁专用风机是借助于变频技术，采用变风量送风，有效的排除余热、余湿和有污染的气体，最佳方案利用夜间和冬季蓄冷模式运行，既可保证地铁站台、站厅和隧道的环控要求，又有明显的经济效益和社会效益。为了满足这些要求，许多地铁车站都安装了大风量的地铁专用轴流风机。

随着我国地铁建设项目不断增多，地铁专用风机作为通风系统的核心设备已经成为地铁环控系统研究的主要课题之一。地铁风机应该具有大流量、高压头、高效率、低噪声以及正反转风量和风压基本相同等特点，而且许多地铁工程空调和通风系统风机共用。

由于相似理论的不适用，目前的风机设计都是依赖大量的实验数据，开模后进行试验，比较后采用性能较好的模型进行生产。因为模具较贵，所以生产成本较高。随着计算机和CFD（计算流体动力学）技术的不断发展，为三维数值模拟能得到越来越广泛的应用提供了条件。目前，利用CFD进行模拟正逐步成为了解流体机械内部流动状况的重要手段。如果能采用数值模拟的方法根据图纸进行计算出内部流场，预先得出风机的各项性能指标，再反复改变各项参数，最终得到性能较好的设计，因而可以减少开模费用，降低生产成本，具有显著的经济效益。通过这种“数值试验”可以充分了解流动规律，同时通过优化设计，可以大幅的减少实验研究工作量。

二、环控系统轴流风机系统中涉及的流体问题

针对不同类型的轴流风机，问题有所不同，综合起来，主要包括：

1) 叶轮设计

2) 流道设计

3) 流场问题

4) 压力场问题

5) 风机效率

6) 高温问题

7) 流固耦合

8) 噪声问题

9) 其它

三、ANSYS CFD软件在环控系统轴流风机行业的成功应用案例

环控系统轴流风机模型

不同风量下的全压及全压效率仿真与实验数据对比

不同风量下的风机表面的压力对比

为降低噪声用CFD软件设计出的仿生风机

ANSYS CFD工具能完美的解决环控系统轴流风机系统中的各种流体问题，同时，ANSYS还提供结构分析软件，能帮用户解决从风机叶片变形等不同物理场的问题。此外，ANSYS还提供了WORKBENCH平台，使多个物理场分析能在统一平台进行联合仿真，实现对风机的多物理场耦合分析……