某烟草成品库数值模拟说明

CFD软件是计算流体力学(Computational fluid Dynamics)软件的简称,是专门用来进行流场分析、流场计算、流场预测的软件。通过CFD软件,可以分析并且显示发生在流场中的现象,在比较短的时间内,能预测性能,并通过改变各种参数,达到最佳设计效果。CFD的数值模拟,能使我们更加深刻地理解问题产生的机理,为实验提供指导,节省实验所需的人力、物力和时间,并对实验结果的整理和规律的得出起到很好的指导作用。

对该项目采用CFD模拟主要目的是验证在初步设计的基础上,密闭空间的气流组织情况,速度场、温度场的分布情况。该项目采用喷射渗透送风方式,库房货架区域的气流组织状况进行计算模拟(详细参照dwg图纸)。

建筑概况

项目名称为某烟草成品库项目,为了便于建模计算,建模时对真实库房尺寸进行了简化处理,只对气流组织关键区域进行建模,模拟空间的尺寸为长×宽×高(Z×X×Y=101m×28.7m×23.5m

模型如图:



1模型结构

 

主要参数设置:

1. 纤维送风管为圆形,共6根,两根一排,共三排。安装于货架上方、顶棚下方,风管管径为800mm,管长为46m,风量12000CMHm3/h)。为了便于建模,管长与实际长度略有差异。

2.选取K-E双方程模型,理想不可压缩气体。

4.上面一排风管开孔方向为6:00钟方向。

5送风温度为290K17℃)。

6.回风口位于成品库下部,共6个回风口。

7.边界条件的设置:邻侧是非空调区域的采用定热流密度边界条件,邻侧是空调区域的采用定壁温边界条件,设置地面边界条件时考虑人员负荷的影响,在维护结构热流密度基础上增加因人员活动带来的额外部分热流量;屋顶增加灯光设备散热带来的额外热流。

 

建立模型:

2网格划分


计算结果:

模型剖面速度场轮廓曲线:

X=20m

备注:左侧数值部分说明,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),单位为m/s(X=50m)


(X=70m)


以上三幅图显示了冷风自纤维风管送出后的截面速度分布情况,送风射出后由货架之间的走廊进入下方库房,气流进入库房区开始沉降、卷吸,并迅速衰减,形成诱导送风,可以加库房气流间的混合速度,减小垂直温差。从以上3幅图来看,沿Z向不同截面风速分布基本相似。整体来看,沿Z向风速分布比较均匀。

 

 

模型剖面温度场轮廓曲线:

X=20m



备注:左侧数值部分说明,数值大小表示同速度图,例如2.90e+02表示2.90×102(即290);单位为开尔文(K),单位转换关系为(t+273.15K=tX=50m



 (X=70m)



以上3幅图是沿X方向截取的不同位置处的温度分布图。温度整体分布较为均匀,没有太大的波动,整体上风管下方活动区温度分布满足温度要求。从截取的3幅图来看,沿X方向温度变化比较接近,可以认为沿风管长度方向的温度分布是均匀的。

 

模型剖面速度场轮廓曲线:

Y=2.3m



 

Y=14.35m


 


以上两幅图为沿Y向截取的断面,气流自纤维风管射流孔送出后通过货架之间的走廊送入库房内,最终到达货架的各个间隙区域。由于货架较密集,气流在风管下方开始沉降,速度不断降低,并逐渐渗透到货架的各个间隙,活动区风速约为0.1~0.25m/s,活动区风速基本一致。

从以上两幅图来看,沿库房Y向各截面风速分布比较相似,末端风速基本维持在0.1~0.25m/s左右,满足风速要求。

 

 

 

模型剖面温度场轮廓曲线:

Y=2.3m



 

 (Y=14.35m)


 

以上2幅图为沿X向截取的温度分布断面,表明了温度变化的趋势。可以看出剖面温度梯度分布状况。总体来看,货架区区温度分布基本一致,可以满足库房内环境要求。

从以上幅图可以看出,沿Z向各截面温度分布基本相似,变化范围在2℃以内,整体满足设计温度要求。

 

以上所模拟结的结果是在一定的室内外初始温度,并经过相应的简化(如孔口简化为条缝、人员、设备灯光发热附加到围护结构上考虑),且模拟过程认为空间封闭等条件下得到的。实际送风过程可能会有所差别,不同室外天气状况,库房人员数目,货物库存容量、门窗开启程度,设备发热状况所引起局部热流不一致也会导致室内热环境的差异。但是整体速度、温度变化趋势还是相对准确的,模拟结果可以为纤维风管辅助设计,并为其效果验证提供一定的指导作用。