頂送式暖風(fēng)機(jī)水平方向安裝位置優(yōu)化研究

孫月茹

頂送式暖風(fēng)機(jī)水平方向安裝位置優(yōu)化研究

孫月茹

（石家莊鐵道大學(xué) 石家莊 050043）

運(yùn)用數(shù)值模擬的方法，對(duì)同一工業(yè)廠房暖風(fēng)機(jī)供暖頂送形式進(jìn)行模擬，在達(dá)到供暖要求的前提下，通過(guò)改變暖風(fēng)機(jī)水平安裝位置，得到了近墻布置的暖風(fēng)機(jī)距墻安裝距離的最佳值：靠近外墻布置的風(fēng)機(jī)，其安裝位置不能按產(chǎn)品樣本中提供的供暖半徑為基準(zhǔn)進(jìn)行布置，近墻的一排風(fēng)機(jī)距墻的合理距離取0.6倍產(chǎn)品供暖半徑時(shí)，廠房工作區(qū)溫度分布最均勻，供暖效果最佳。

工業(yè)廠房；頂送風(fēng)；暖風(fēng)機(jī)位置；供暖效果；氣流組織

0 前言

高大空間若采用吊頂暖風(fēng)機(jī)熱風(fēng)供暖，可以通過(guò)合理的氣流組織，將送風(fēng)熱量調(diào)配到下部工作區(qū)，以提高送入熱量的利用率[1]。而熱風(fēng)供暖的能量利用與送、回風(fēng)口的位置密切相關(guān)。如果頂送式暖風(fēng)機(jī)均勻布置，將會(huì)導(dǎo)致廠房中間區(qū)域溫度高，而靠近墻體的區(qū)域溫度低，溫度分布很不均勻。為此本文將對(duì)工業(yè)廠房不同暖風(fēng)機(jī)位置下的溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)調(diào)整靠墻兩側(cè)暖風(fēng)機(jī)位置優(yōu)化氣流組織，以分析暖風(fēng)機(jī)位置對(duì)工業(yè)廠房熱風(fēng)供暖的溫度均勻性優(yōu)化效果[2]。

1 模型概況

廠房位于石家莊，根據(jù)文獻(xiàn)[5]可以查得石家莊冬季室外采暖計(jì)算溫度為-6.7℃，供暖期平均溫度-0.5℃，室內(nèi)計(jì)算溫度為16℃。

論文數(shù)值模擬為了得到的結(jié)果更加準(zhǔn)確，選取廠房尺寸為240m×60m×12m(長(zhǎng)×寬×高)，選用了16個(gè)吊頂暖風(fēng)機(jī)對(duì)工業(yè)廠房進(jìn)行供暖。暖風(fēng)機(jī)尺寸：長(zhǎng)×寬×高為1100mm×1100mm×1165mm，其示意圖如圖1所示，每個(gè)暖風(fēng)機(jī)供暖面積為900m2，供暖半徑R為15m。

布置暖風(fēng)機(jī)時(shí)，在高度方向上，暖風(fēng)機(jī)頂部距廠房頂部1m；水平方向上，其示意圖如圖2所示。論文模擬設(shè)置了五個(gè)方案分別對(duì)廠房進(jìn)行供暖，靠墻側(cè)吊頂暖風(fēng)機(jī)安裝位置示意圖如圖3所示，暖風(fēng)機(jī)具體位置數(shù)據(jù)如表1所示，其中方案1中所有的暖風(fēng)機(jī)等間距均勻布置。廠房沿長(zhǎng)度方向左右對(duì)稱，所以只模擬左半側(cè)區(qū)域，八個(gè)吊頂暖風(fēng)機(jī)。

圖1 暖風(fēng)機(jī)示意圖

圖2 暖風(fēng)機(jī)水平方向布置位置示意圖

圖3 靠墻側(cè)暖風(fēng)機(jī)位置示意圖

表1 暖風(fēng)機(jī)具體位置數(shù)據(jù)表

廠房?jī)擅滓韵聻楣ぷ鲄^(qū)，等間距分為10個(gè)區(qū)域，由于只模擬了廠房左側(cè)，所以只有5區(qū)域，具體命名如表2所示。

表2 廠房X方向不同區(qū)域命名表

2 數(shù)值模擬

論文利用CFD數(shù)值模擬軟件[3]對(duì)工業(yè)廠房的溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬。假設(shè)空氣為連續(xù)穩(wěn)定不可壓縮流體。由于供熱時(shí)氣流受熱浮力影響較大，空氣密度采用Boussinesq近似[3]。

2.1 網(wǎng)格劃分

就廠房本身而言，風(fēng)口處的網(wǎng)格劃分較密集，其他地方的網(wǎng)格劃分較稀疏。網(wǎng)格劃分結(jié)果：方案1廠房網(wǎng)格總數(shù)為3364248，方案2廠房網(wǎng)格總數(shù)為3368210，方案3廠房網(wǎng)格總數(shù)為3367362，方案4廠房網(wǎng)格總數(shù)為3366135，方案5廠房網(wǎng)格總數(shù)為3366839。

2.2 湍流模型

在數(shù)值模擬中選擇考慮浮升力的RNG-兩方程湍流模型作為數(shù)值模擬的模型。

2.3 邊界條件

2.3.1 風(fēng)口邊界

送風(fēng)口設(shè)置為速度進(jìn)口，送風(fēng)風(fēng)速6.23m/s，送風(fēng)溫度28℃，利用前人得到的經(jīng)驗(yàn)公式[4]通過(guò)計(jì)算可以得到，送風(fēng)口的水力直徑為H=0.63m，湍流強(qiáng)度為≈3.5%。

回風(fēng)口設(shè)置為自由出流。

2.3.2 壁面邊界條件

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[5]中的相關(guān)計(jì)算公式可以計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度，模擬時(shí)東、西、南、北四面墻設(shè)定溫度為5.48℃，屋面的溫度值設(shè)為7.6℃，窗戶的溫度值設(shè)為4.29℃，地面設(shè)為絕熱邊界條件。

2.4 控制方程

動(dòng)量方程選擇二階迎風(fēng)格式，其他方程選擇軟件默認(rèn)的方程格式，求解用COUPLED算法求解。

3 模擬結(jié)果及分析

通過(guò)Fluent軟件數(shù)值模擬，總結(jié)工作區(qū)五個(gè)區(qū)域的平均溫度如表3所示。

表3 工作區(qū)不同區(qū)域的平均溫度

其中t1～t5表示廠房X方向等間距的五個(gè)區(qū)域。

其中不平衡率：

不平衡率越小，說(shuō)明溫度分布均勻性越好。

將表3中的數(shù)據(jù)繪制成折線圖如圖4所示。

圖4 工作區(qū)不同區(qū)域的平均溫度折線圖

綜合表3和圖4可以看出采用方案1所有吊頂暖風(fēng)機(jī)均勻布置時(shí)，靠墻側(cè)區(qū)域平均溫度明顯較低，雖然可以達(dá)到供暖要求的溫度，但溫度的均勻性較差。而采用方案2、方案3、方案4和方案5對(duì)廠房進(jìn)行供暖時(shí)，在達(dá)到供暖要求的溫度的同時(shí)，供暖效果有所改善。其中方案4所得到工作區(qū)平均溫度不平衡率最小，所以采用方案4供暖時(shí)，工作區(qū)溫度分布最均勻，供暖效果最佳，此時(shí)近墻的一排風(fēng)機(jī)距墻的合理距離分別為0.6倍產(chǎn)品供暖半徑。

4 結(jié)果與結(jié)論

論文運(yùn)用CFD軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)同一高度工業(yè)廠房暖風(fēng)機(jī)供暖頂送形式進(jìn)行了模擬，得到暖風(fēng)機(jī)不同水平安裝位置下廠房的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算對(duì)比這些數(shù)據(jù)，可以得到近墻布置的暖風(fēng)機(jī)距墻安裝距離的最佳值：靠近外墻布置的風(fēng)機(jī)，其安裝位置不能按產(chǎn)品樣本中提供的供暖半徑為基準(zhǔn)進(jìn)行布置，近墻的一排風(fēng)機(jī)距墻的合理距離取0.6倍產(chǎn)品供暖半徑時(shí)，廠房工作區(qū)溫度分布最均勻，供暖效果最佳。

由于作者能力有限，所得到的模擬結(jié)論希望能夠?yàn)橐院蟮墓I(yè)廠房熱風(fēng)供暖問(wèn)題提供幫助。

[1] 朱穎心.建筑環(huán)境學(xué)（第2版）[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005:201-202.

[2] 鐘珂,王新偉,華鳳皎,等.高大空間風(fēng)口位置高度對(duì)供暖效果的影響[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,40(3): 334-338，378.

[3] 王福軍.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析—CFD軟件原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004:254-256.

[4] 譚洪衛(wèi).計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)在建筑環(huán)境工程上的應(yīng)用[J].暖通空調(diào),1999,29(4):31-36.

[5] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

Study on Horizontal Position Installation Optimization of Top-loading Heater

Sun Yueru

(Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang, 050043)

This paper uses the method of numerical simulation to simulate the heating fan feeding form of the same industrial plant. On the premise of meeting the heating requirements, by changing the level of the heater installation position, got the best value of heaters′ Installation distance which are placed near wall: fans near the wall to decorate, the installation position can't according to the product sample provided in the heating radius as a benchmark to decorate, when the near wall one rows fans from the reasonable distance of the wall in 0.6times respectively product heating radius, the temperature distribution in the working area of the workshop is the most even, and the heating effect is the best.

industrial plant; top air supply; position of heater; the heating effect; air distribution

1671-6612（2020）06-700-03

TU832.1+5

A

孫月茹（1992.12），女，碩士研究生，E-mail：1014633931@qq.com

2010-02-22