CFD軟件是計算流體力學(Computational fluid Dynamics)軟件的簡稱,是專門用來進行流場分析、流場計算、流場預測的軟件。通過CFD軟件,可以分析并且顯示發生在流場中的現象,在比較短的時間內,能預測性能,并通過改變各種參數,達到最佳設計效果。CFD的數值模擬,能使我們更加深刻地理解問題產生的機理,為實驗提供指導,節省實驗所需的人力、物力和時間,并對實驗結果的整理和規律的得出起到很好的指導作用。
對該項目采用CFD模擬主要目的是驗證在初步設計的基礎上,密閉空間的氣流組織情況,速度場、溫度場的分布情況。該項目采用噴射滲透送風方式,庫房貨架區域的氣流組織狀況進行計算模擬(詳細參照dwg圖紙)。
建筑概況:
項目名稱為某煙草成品庫項目,為了便于建模計算,建模時對真實庫房尺寸進行了簡化處理,只對氣流組織關鍵區域進行建模,模擬空間的尺寸為長×寬×高(Z×X×Y)=101m×28.7m×23.5m。
模型如圖:
圖1模型結構
主要參數設置:
1. 纖維送風管為圓形,共6根,兩根一排,共三排。安裝于貨架上方、頂棚下方,風管管徑為800mm,管長為46m,風量12000CMH(m3/h)。為了便于建模,管長與實際長度略有差異。
2.選取K-E雙方程模型,理想不可壓縮氣體。
4.上面一排風管開孔方向為6:00鐘方向。
5.送風溫度為290K(17℃)。
6.回風口位于成品庫下部,共6個回風口。
7.邊界條件的設置:鄰側是非空調區域的采用定熱流密度邊界條件,鄰側是空調區域的采用定壁溫邊界條件,設置地面邊界條件時考慮人員負荷的影響,在維護結構熱流密度基礎上增加因人員活動帶來的額外部分熱流量;屋頂增加燈光設備散熱帶來的額外熱流。
建立模型:
圖2網格劃分
計算結果:
模型剖面速度場輪廓曲線:
(X=20m)
備注:左側數值部分說明,例如0.00e+00表示0.00×100(即0.00); 2.00e-01表示2.00×10-1(即0. 2),單位為m/s。(X=50m)
(X=70m)
以上三幅圖顯示了冷風自纖維風管送出后的截面速度分布情況,送風射出后由貨架之間的走廊進入下方庫房,氣流進入庫房區開始沉降、卷吸,并迅速衰減,形成誘導送風,可以加庫房氣流間的混合速度,減小垂直溫差。從以上3幅圖來看,沿Z向不同截面風速分布基本相似。整體來看,沿Z向風速分布比較均勻。
模型剖面溫度場輪廓曲線:
(X=20m)
備注:左側數值部分說明,數值大小表示同速度圖,例如2.90e+02表示2.90×102(即290);單位為開爾文(K),單位轉換關系為(t+273.15)K=t℃(X=50m)
(X=70m)
以上3幅圖是沿X方向截取的不同位置處的溫度分布圖。溫度整體分布較為均勻,沒有太大的波動,整體上風管下方活動區溫度分布滿足溫度要求。從截取的3幅圖來看,沿X方向溫度變化比較接近,可以認為沿風管長度方向的溫度分布是均勻的。
模型剖面速度場輪廓曲線:
(Y=2.3m)
(Y=14.35m)
以上兩幅圖為沿Y向截取的斷面,氣流自纖維風管射流孔送出后通過貨架之間的走廊送入庫房內,最終到達貨架的各個間隙區域。由于貨架較密集,氣流在風管下方開始沉降,速度不斷降低,并逐漸滲透到貨架的各個間隙,活動區風速約為0.1~0.25m/s,活動區風速基本一致。
從以上兩幅圖來看,沿庫房Y向各截面風速分布比較相似,末端風速基本維持在0.1~0.25m/s左右,滿足風速要求。
模型剖面溫度場輪廓曲線:
(Y=2.3m)
(Y=14.35m)
以上2幅圖為沿X向截取的溫度分布斷面,表明了溫度變化的趨勢??梢钥闯銎拭鏈囟忍荻确植紶顩r??傮w來看,貨架區區溫度分布基本一致,可以滿足庫房內環境要求。
從以上幅圖可以看出,沿Z向各截面溫度分布基本相似,變化范圍在2℃以內,整體滿足設計溫度要求。
以上所模擬結的結果是在一定的室內外初始溫度,并經過相應的簡化(如孔口簡化為條縫、人員、設備燈光發熱附加到圍護結構上考慮),且模擬過程認為空間封閉等條件下得到的。實際送風過程可能會有所差別,不同室外天氣狀況,庫房人員數目,貨物庫存容量、門窗開啟程度,設備發熱狀況所引起局部熱流不一致也會導致室內熱環境的差異。但是整體速度、溫度變化趨勢還是相對準確的,模擬結果可以為纖維風管輔助設計,并為其效果驗證提供一定的指導作用。