机房空调实验室风道结构模拟分析及实验验证

机房空调实验室内流场的均匀性直接影响采集数据的精确度，而送风风道出风直接影响实验室内流场均匀性。针对机房空调实验室送风风道提出5种结构(分别是方形送风结构、10˚/12˚/14˚倾斜挡板送风结构以及等风量连续斜板送风结构)，并建立几何模型进行数值模拟分析，选出对流场均匀性有较大改善的送风结构进行实验验证。结果表明：变截面积送风风道对流场的均匀性有一定的改善，尤其是对速度场的影响；14˚倾斜挡板送风结构的温度场和速度场的均匀性更好，在工程上易于实现，推荐使用该结构。

为了使空间内部流场更加均匀，国内外学者对此进行了相关的研究。肖飚[1]等研究发现，带扰流件的单风口流场均匀性有所提高。

Sadrizadeh S 等[2]对手术室内垂直送风气流分布进行研究， 结果表明增大送风气流的速度可以使得通风效率得到提高，但也会使层流与湍流发生混合，进一步影响室内流场的稳定性。

Ye W B [3]提出了管道均匀气流分布的设计原则， 使用有限体积法对设计结果进行验证。

Li Tianyu等[4] [5]建立变截面管道的运动学模型， 通过挤压管道的局部截面得到了一种三维弯管， 对弯管进行数值模拟，并且利用商业上常使用的有限元程序进行验证，最终形成了变壁厚管道模型。杨志恒[6]对列车空调实验室内的气流组织进行模拟，结果表明，纵向送风方式下风速的变化会对实验室内气流组织的均匀性产生影响，7.9 m/s 是最佳的纵向送风风速；可以采用均匀送风方式来改善气流组织分布。滕琴[7]介绍了两种不同的均匀送风的形式，通过列举实际应用时的例子，给出了相应的计算方法和考虑因素，分别阐述了两种设计方法的适用场所和考虑条件。

肖婷等[8]利用CFD 模拟方法对改变截面风管的送风结构的流场分布进行研究，模拟结果验证了改变截面风管有利于管内静压分布和出风均匀性。戚新秋[9]通过CFD 模拟与实验得出了6 种送风结构在相同送风条件下某一平面流场的分布特征，得出60˚斜坡送风风道效果最佳，且该结构下送风速度在2~6 m/s 的范围用于实验室均匀性最好。宋金蔚等[10]提出了在室内增设调节板的方法，用CFD 模拟进行对此结构进行验证并且与实验结果进行对比，发现改进后的室内气流组织状况良好。

以上研究对于机房空调实验室气流组织研究较少，对于工艺性空调气流组织的研究多数集中于送风参数、内部结构、模拟方法等影响因素与流场分布的关系， 而对于外部结构优化对流场影响的研究较少， 没有充分考虑到实验室实际建造尺寸对送风风道设计的要求。本文在上风道方形送风结构基础上提出了10˚倾斜挡板送风结构、12˚倾斜挡板送风结构、14˚倾斜挡板送风结构以及等风量连续斜板送风结构，通过CFD 模拟以及实验验证得出适合于工程实际的上风道送风结构。

2. 实验室结构与不同送风风道结构 室外侧实验室的内部尺寸为：10,200 mm (长) * 7000 mm (宽) * 5400 mm (高)， 送风腔尺寸为6800 mm