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user: 3. 数值计算结果及分析 3.1. 风道送风结构下被测机侧出风模拟结果 风道送风方案的特点如下：空气处理柜处理过的空气直接从出风口进入左右两侧的送风腔体，然后经腔体中的送风口送入实验室主实验区域 [ 8 ]。现有此送风模型的模拟结果，如图2、图3所示。 图2. Z = 0.35 m平面速度矢量图 图3. Z = 2.65 m平面速度矢量图 图2、图3为实验室送风口侧平面Z = 0.35 m平面和实验室中心区域Z = 2.65 m平面的速度矢量图(X方向表示深度、Y方向表示高度、Z方向表示宽度)。从图2可以看出，空气从出风口出来之后，由于进入左右两侧送风腔体之后风道变窄，所以在左右两侧送风腔体入口处的速度会增大，各送风口的送风速度从前往后逐渐减小，最高送风速度达到5 m/s，后面各送风口的气流在室内形成汇合，空气在整个实验区域形成了一个大的环流，靠近实验室墙体和地面的区域流速高于中心区域流速。分析图3可以得出，在远离送风口处的中心区域，除近地面和空气处理柜回风口速度略高外，速度的整体分布比较均匀，被测机进出口速度矢量方向正确，由被测机吹出的空气大部分回到空气处理柜的进风口，部分被测机出风由于回风口高度的限制，受到隔板的阻挡，向上流动形成在室内环流。 在实验室主测试区域内定义两个平面，分别是A平面(y = 0.7 m)、B平面(y = 1.5 m)，这两个平面是安放被测机的主要空间，也是在测试中对温度以及速度的均匀性要求较高的区域。因此本文选择对实验区域内所选取的两个平面进行详细分析。 图4是环境工况T = 35℃下现有风道送风结构下侧出风被测机的模拟结果云图，直观的显示了A、B两水平面上的温度场、速度场分布。模拟结果如下图所示： 图4. 风道送风被测机侧出风结构下两平面的温度场和速度场分布 首先分析A、B两个平面内温度场的分布情况，A、B平面空间的结果云图如图4(a)、图4(b)所示，A、B内平面内被测机出风口附近温度变化比较明显，主测试区域温度梯度变化A平面比较平缓，B平面内温度变化梯度较大。由于本实验是在被测机运行状态下进行测试，被测机出风温度较高，与室内空气的换热也会影响实验室内温度场的分布。在实际的实验过程中，需要保证被测机入口侧的温度场分布的均匀性，从图4可以看出A、B平面上房间内靠近墙壁的位置温度较低，最低温度达307.45 K；在被测机入口侧方向的主实验区域范围内，A平面最高温度为308.4 K，最低温度为307.6 K，B平面最高温度为310.7 K，最低温度为307.6 K。虽然A、B平面温度波动范围较大，但是被测机进风口平面处测点温度波动范围均在±0.5 K之间。 对图4(c)、图4(d) A、B平面内的速度云图分析，A平面内的空气流动相对稳定，B平面速度变化梯度比A平面大，B平面墙角处最大风速达2.34 m/s，但两平面内主测试区域速度均在0.52~1.56 m/s区间内变化，符合国标要求。 3.2. 孔板送风结构下被测机侧出风模拟结果 图5是环境工况T = 35℃下现有孔板送风结构下侧出风被测机的模拟结果云图，分别显示了A、B平面上的温度场、速度场分布情况。模拟结果如下图所示。 图5. 孔板送风被测机侧出风结构下两平面的温度场和速度场分布 图5(a)、图5(b)为A、B两个平面内温度场分布图，由于受被测机对流换热的影响，A、B内平面内被测机出口方向区域内温度较高，A、B两平面中其他区域的温度分布比较均匀。A、B两平面主测试区域温度在307.7~308 K之间，A、B两平面存在较小的温差，温差在0.3 K以内，就温度而言，已经达到高精度焓差室要求。 分析图5(c)、图5(d)中A、B平面的速度云图发现，A、B两平面近壁侧和实验室回风口处速度偏高，由于受被测机出口侧气流影响，A平面空柜回风口处最高风速达2.34 m/s，但A、B两平面的速度均小于2.5 m/s，满足国标要求。 结合图4的结果对比分析可以发现，对于侧出风形式的被测机而言，风道送风和孔板送风两种形式均能够满足国标要求，而且孔板送风方式下温度精度高于风道送风，温度精度可以达到0.3 K，风道送风方式下温度精度为0.5 K。 3.3. 风道送风结构下被测机顶出风模拟结果 此送风结构模型下的实验室截面空气流动图，如图6、图7所示。 图6. Z = 0.35 m平面速度矢量图 图7. Z = 2.65 m平面速度矢量图 从图6可以看出，顶出风被测机形式下，Z = 0.35 m平面的速度矢量图分布与侧出风被测机类似，空气从空柜出风口送出，在左右两侧送风腔体入口处的速度会增大，经各送风口分流后，风口风速逐级减小，最高送风速度达到5 m/s，后面送风口的气流在室内汇合，在整个实验区域形成了一个大的环流，靠近实验室墙体和地面的区域流速高于中心区域流速。分析图7可知，由被测机出风口吹出的空气绝大部分经顶部腔体回到空气处理柜，但存在部分回流问题，部分空气回到实验室内。结合图6和图7，此模型下气流组织整体流向正确。 图8是环境工况T = 35℃下风道送风被测机顶出风结构的模拟结果，其分别显示了A、B平面上的温度场、速度场分布情况，模拟结果如下图所示。 图8. T = 35℃风道送风被测机顶出风结构下两平面的温度场和速度场分布 分析图8(a)、图8(b)可知，A、B平面内房间近壁面处温度偏低，A平面可以看出测试房间内温度分布较为均匀，被测机进风口区域内温差可控制在0.5 K以内；结合对图7的分析，由于被测机出口处顶部回流的影响，造成B平面温度偏高，A、B平面最大温差为0.8 K，B平面最高温度超过308.5 K，但是靠近被测机进口侧区域的温差可控制在±0.5 K，整体满足测试要求。 根据图8(c)、图8(d)可知，A平面速度分布比较均匀，靠近被测机边角和实验室角落处气流有轻微的扰动，但整体速度在0.52~1.82 m/s范围内，B平面靠近库房门和空柜侧速度较大，实验室墙角处最高风速达2.4 m/s，实验室中间区域速度偏低，保持在0.26~0.78 m/s之间。A、B两平面内速度值均小于2.5 m/s，满足国标要求。 3.4. 孔板送风结构下顶出风被测机模拟结果 此送风结构模型下的实验室中心截面空气流动矢量图，如图9、图10所示。 图9. Z = 0.35 m平面速度矢量图 图10. Z = 2.65 m平面温度矢量图 结合图9、图10可以看出，孔板处送风与被测机出口气流存在对流扰动，被测机出口处的气流会送入静压腔，与静压腔内空柜吹出的空气进行混合，最后送入实验室内。由于存在对流扰动，实验室内出现部分回流现象。被测机出口处温度较高，被测机出口处空气与静压腔内空气混合后，由于存在换热温差，会导致静压腔内整体的送风温度升高，到达实验室内的温度值也会上升，影响实验室内温度场的分布。 图11是环境工况T = 35℃下现有孔板送风结构下顶出风被测机的模拟结果，其分别显示了A、B两平面的温度场和速度场分布，模拟结果如下图所示。 图11. T = 35℃孔板送风被测机顶出风结构下两平面的温度场和速度场分布 分析图11(a)、图11(b)可知，A、B平面内靠近库房门侧区域的温度高于空柜回风口侧，并且B平面温度高于A平面。结合图11分析，造成温度分布不均的主要是由被测机出风口的气流与静压腔气流混合，是送风温度增大造成的。根据结果云图可以看出，A平面内的温度分布在306.8~309.8 K区间内，B平面内的温度值在306.5~310.4 K之间，A、B两平面主实验区域的温度值在307.4~310.4 K区间内，靠近被测机进口处的最大温差达2.1 K，远远超出国标要求。 分析图11(c)、图11(d)中速度场分布情况，A平面靠近空柜回风口处速度较高，风速在1.04~2.08 m/s范围内，主实验区域风速在0.52~1.3 m/s之间；B平面近壁侧风速高于中心区域，但风速均低于2 m/s。综合分析可以发现，A、B两平面内速度值均小于2.5 m/s，满足国标要求。