摘要：高低(dī)溫試驗箱的溫(wēn)度均匀(yún)性由風(fēng)道結(jié)構，風機(jī)性(xìng)能，出(chū)風(fēng)孔板(bǎn)設(shè)計，樣(yàng)品布(bù)局(jú)四(sì)大因素共同決定。其中(zhōng)，風道(dào)結(jié)構是決定(dìng)氣流組織(zhī)的(dí)核(hé)心(xīn)硬(yìng)件基(jī)礎，其設計合理(lǐ)與(yǔ)否(fǒu)直接影響(xiǎng)溫度均(jūn)匀(yún)度(dù)的(dí)上限(xiàn)。實際使(shǐ)用(yòng)中(zhōng)，大(dà)量(liáng)設(shè)備因風道(dào)結構設(shè)計(jì)粗(cū)放，導(dǎo)致9點(diǎn)溫度(dù)均(jūn)匀度長期處(chǔ)於(yú)±3℃至±5℃之(zhī)間，無法(fǎ)滿足±2℃的(dí)標準要求。本(běn)文從風道內部(bù)氣(qì)流(liú)場分布，出風孔板壓力補(bǔ)償機(jī)製，回風口(kǒu)位置(zhì)優(yōu)化(huà)三個維(wéi)度(dù)，係(xì)統分析風(fēng)道(dào)結構對(duì)溫(wēn)度(dù)均(jūn)匀性(xìng)的影(yǐng)響機理，提出(chū)基於CFD仿(fǎng)真+變(biàn)截(jié)麵風(fēng)道+多級(jí)穩壓腔+變(biàn)開(kāi)孔率(shuài)均流(liú)板(bǎn)的係(xì)統優化設計方(fāng)案(àn)，將溫(wēn)度均匀(yún)度(dù)從(cóng)±3.8℃提(tí)升(shēng)至(zhì)±1.2℃以(yǐ)內(nèi)。

一(yī)，風(fēng)道結(jié)構：溫度均(jūn)匀(yún)性(xìng)的底(dǐ)層(céng)硬(yìng)件(jiàn)基(jī)礎(chǔ)

風道是(shì)氣流(liú)從風機出口到出風孔(kǒng)板之間的輸(shū)送通道，其(qí)截麵(miàn)形狀(zhuàng)，長(cháng)度(dù)，轉(zhuǎn)彎(wān)角(jiǎo)度(dù)，內壁(bì)粗(cū)糙(cāo)度(dù)決定了氣流(liú)到達出(chū)風孔板(bǎn)時的(dí)速度(dù)分布和壓力(lì)分布。若風道結(jié)構設計不(bù)合理，即使風機(jī)選型(xíng)正確(què)，出風孔(kǒng)板設(shè)計(jì)精細，也無法獲得均(jūn)匀(yún)的(dí)出(chū)風(fēng)速度(dù)分(fēn)布。風道結(jié)構決(jué)定了(liǎo)溫度均匀性(xìng)的上限。

二，風道結構對均匀性的(dí)影響(xiǎng)機理

2.1 風道截麵突(tū)變(biàn)引起(qǐ)的(dí)速度分布(bù)畸(jī)變

風(fēng)道截(jié)麵在(zài)風機(jī)出(chū)口(kǒu)處(chǔ)突然(rán)擴(kuò)大或縮小(xiǎo)時，氣流速(sù)度分(fēn)布發(fā)生(shēng)畸(jī)變。在(zài)截(jié)麵突(tū)變位置，中心流(liú)速偏高(gāo)，邊(biān)壁(bì)流速偏(piān)低(dī)。速度分(fēn)布畸(jī)變沿(yán)風(fēng)道向下遊傳(chuán)遞(dì)至出(chū)風孔(kǒng)板(bǎn)，使出風(fēng)孔板各(gè)點的進口速度(dù)不一致，導致出風(fēng)速(sù)度差異。

2.2 風(fēng)道轉彎產生(shēng)的二次(cì)流與壓(yā)力梯(tī)度

風道(dào)轉彎(wān)時(shí)，氣(qì)流在離(lí)心力作用(yòng)下(xià)向外壁(bì)偏移，形成(chéng)外(wài)壁(bì)高壓(yā)，內壁(bì)低(dī)壓的橫向壓(yā)力梯(tī)度(dù)。二(èr)次流擾動使(shǐ)風(fēng)道(dào)出(chū)口(kǒu)處(chǔ)的速度(dù)分(fēn)布(bù)呈現(xiàn)“外快內慢"的(dí)非(fēi)對稱形(xíng)態(tài)，造(zào)成(chéng)出(chū)風孔板(bǎn)左右兩側風(fēng)量不(bù)均。

2.3 風(fēng)道沿程(chéng)阻力引起的壓(yā)力衰減

氣流沿(yán)風道(dào)流(liú)動時，摩擦阻力(lì)使風(fēng)道(dào)壓(yā)力(lì)逐漸(jiàn)降低。風道(dào)長(cháng)度越(yuè)長，內(nèi)壁粗糙度(dù)越大，壓力(lì)衰減(jiǎn)越(yuè)明顯。出風孔板入口端壓(yā)力高(gāo)，出口端(duān)壓力(lì)低，導致入口(kǒu)端(duān)出風速(sù)度(dù)偏(piān)高，出口端偏(piān)低，形成(chéng)沿風道方(fāng)向的溫(wēn)度梯(tī)度。

三，CFD仿真(zhēn)與風道結構(gòu)優(yōu)化設計(jì)

3.1 變截麵風道設計(jì)

采(cǎi)用(yòng)變截麵(miàn)風(fēng)道，在(zài)風機出口處(chǔ)截麵(miàn)積較大，沿風(fēng)道方(fāng)向逐步收縮(suō)，維持(chí)風(fēng)道(dào)內流速基本恒(héng)定，消(xiāo)除(chú)速度分布(bù)畸變。通(tōng)過仿真迭代(dài)確(què)定(dìng)最(zuì)亻尤收縮(suō)比(bǐ)。

3.2 多級穩(wěn)壓(yā)腔設(shè)計(jì)

在風道末(mò)端(duān)，出風(fēng)孔(kǒng)板(bǎn)前(qián)設(shè)置(zhì)多(duō)級穩(wěn)壓腔(qiāng)，利用(yòng)腔(qiāng)體大空(kōng)間對(duì)氣流(liú)進行(háng)緩(huǎn)衝和(hé)再(zài)分(fēn)配，消除風(fēng)道內部的(dí)速度分布畸(jī)變和壓力梯度，使出(chū)風孔板進(jìn)口截麵的速度和壓(yā)力(lì)分布(bù)趨於(yú)均匀。

3.3 出(chū)風孔(kǒng)板變(biàn)開(kāi)孔(kǒng)率設計(jì)

根(gēn)據風道(dào)沿程壓力分布(bù)，入(rù)口端開孔(kǒng)率控(kòng)製(zhì)在15%，出(chū)口端(duān)開孔(kǒng)率(shuài)增至(zhì)25%，中間(jiān)綫(xiàn)性過渡(dù)。通過(guò)孔(kǒng)板自身(shēn)阻力(lì)特性對(duì)風量(liáng)進(jìn)行二次分配，補償風道(dào)沿(yán)程壓(yā)力衰(shuāi)減。

四，優化(huà)效果

采(cǎi)用(yòng)變截麵(miàn)風(fēng)道+多(duō)級穩壓(yā)腔+變(biàn)開孔率(shuài)均(jūn)流板(bǎn)的(dí)係(xì)統優(yōu)化方(fāng)案後，風道(dào)出口(kǒu)截(jié)麵風(fēng)速不均(jūn)匀度從(cóng)±42%降(jiàng)至(zhì)±8%，9點(diǎn)溫(wēn)度均匀(yún)度從(cóng)±3.8℃提(tí)升(shēng)至±1.2℃。

五(wǔ)，總(zǒng)結(jié)

風道結(jié)構是溫(wēn)度(dù)均(jūn)匀(yún)性(xìng)的硬件決(jué)定(dìng)因(yīn)素(sù)，變截(jié)麵(miàn)風道，多級(jí)穩(wěn)壓腔(qiāng)，變開孔(kǒng)率(shuài)均(jūn)流(liú)板的(dí)係(xì)統(tǒng)優化，可顯著(zhù)提升氣流分布均(jūn)匀性。