地下水泵房室內(nèi)氣流組織的數(shù)值模擬

1、地下水泵房室內(nèi)氣流組織的數(shù)值模擬1 引言工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中， 大型生產(chǎn)設(shè)備的冷卻多以循環(huán)水的方式實(shí) 現(xiàn)。作為冷卻介質(zhì)動(dòng)力源一一水泵，在其運(yùn)行中產(chǎn)生大量的余熱， 若地下水泵房?jī)?nèi)的余熱不能及時(shí)有效的排出， 在嚴(yán)酷夏季等環(huán)境 時(shí)，因設(shè)備散發(fā)熱量的累積，致使溫度分布不均、甚至局部溫度 升高。泵房?jī)?nèi)的高溫環(huán)境不僅會(huì)加速電氣的絕緣老化， 造成電氣 設(shè)備失靈， 甚至可能造成設(shè)備的過(guò)熱燒壞， 地下泵站的通風(fēng)問(wèn)題 受到關(guān)注。近年來(lái)， 對(duì)地下建筑室內(nèi)氣象參數(shù)展開(kāi)了廣泛的研究， 取得 了一系列的研究成果。 就地下泵房來(lái)說(shuō)， 受室內(nèi)各種管道布置的 影響，難以采用局部通風(fēng)的方式消除余熱， 所以采用全面通風(fēng)的 方式來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)

2、溫度已普遍的被工程實(shí)際應(yīng)用， 泵站設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì) 其泵房?jī)?nèi)的空氣參數(shù)做了明確嚴(yán)格的規(guī)定， 現(xiàn)有文獻(xiàn)多數(shù)研究泵 房?jī)?nèi)的氣流組織， 且僅原則性的提出了各種方案， 但是對(duì)于泵房 內(nèi)電動(dòng)機(jī)層工作地帶和水泵層的溫度分布的研究偏少。 本文采用 計(jì)算流體力學(xué)（CFD的方法，對(duì)某地下水泵房進(jìn)行數(shù)值模擬， 結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)際， 通過(guò)三種方案對(duì)比， 提出更合理的通風(fēng)方案。2 模型描述2.1 幾何模型本文選取某工程的地下水泵房的作為研究對(duì)象， 泵房建筑形 式，建筑物、設(shè)備尺寸等均為工程設(shè)計(jì)的值，本文根據(jù)數(shù)值模擬 的需要做了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。水泵房的長(zhǎng)X寬X高：35mK 13mK 9m,其中地坪以下為4m泵房?jī)?nèi)單級(jí)雙吸離心泵共

3、5臺(tái)，單臺(tái)功率N=315kW/380V臥式 水泵(電機(jī))中心標(biāo)高為 -3.080m ，水泵基礎(chǔ)高度為 -3.750m ，管 道中心高度-3.200m。水泵的散熱量按單臺(tái)Q=15kW考慮。水泵房 的平面圖及幾何模型如圖 1、圖 2所示。2.2 理論模型2.2.1 控制方程室內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)中滿(mǎn)足氣體連續(xù)方程、動(dòng)量方程和能量方 程。2.2.1.1 連續(xù)方程2.2.1.2 動(dòng)量方程2.2.1.3 能量方程2.2.2 湍流模型1 ) 室內(nèi)零方程模型Che n等人提出一種新的零方程模型用以解決通風(fēng)空調(diào)房間 氣流組織的數(shù)值計(jì)算問(wèn)題。2) RNG k-模型RN導(dǎo)法從暫態(tài)Navier-Stokes方程得出湍流能量

4、k及其耗散率的RNG湍流模型。3 數(shù)值模擬3.1 邊界條件及預(yù)期值 氣象參數(shù)選用該項(xiàng)目所在地的室外空氣參數(shù)作為計(jì)算的依據(jù)。室外通風(fēng)計(jì)算溫度是 30.4 C,風(fēng)速是2.7m/s，最熱月相對(duì) 濕度是 64%，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂?。根?jù)規(guī)范要求，地下式或半地下式泵房的水泵層溫度33C, 相對(duì)濕度80%電動(dòng)機(jī)層工作地帶的溫度不能超過(guò) 32.4 C （室 外溫度+2C），相對(duì)濕度75%根據(jù)工程設(shè)計(jì)的需要， 本文分別從自然通風(fēng)、 機(jī)械送風(fēng)自然 排風(fēng)、自然進(jìn)風(fēng)機(jī)械排風(fēng)等三種通風(fēng)方式討論。本工程設(shè)計(jì)時(shí)， 機(jī)械送風(fēng)或排風(fēng)的工程設(shè)計(jì)風(fēng)量約為30000m3/h。3.2 模擬結(jié)果分析3.2.1 自然通風(fēng)通過(guò)窗下的百葉窗

5、進(jìn)風(fēng)， 由屋頂設(shè)置風(fēng)帽來(lái)排風(fēng)實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。從X方向典型斷面云線(xiàn)圖中看出，泵房?jī)?nèi)的溫度分布較均勻， 觀(guān)察到氣流略有熱浮上升的現(xiàn)象。Y方向上水泵工作層的溫度分布亦較均勻，但溫度均值約為 47C高于限值。說(shuō)明自然通風(fēng)不 足以消除室內(nèi)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的余熱。3.2.2 機(jī)械排風(fēng)自然進(jìn)風(fēng)由窗下百葉窗進(jìn)風(fēng)， 屋頂設(shè)置排風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械排風(fēng)。 結(jié)合溫 度云線(xiàn)圖看出，X方向上氣流受負(fù)壓的作用，呈現(xiàn)出明顯的上升 趨勢(shì)。Y方向上室內(nèi)溫度分布明顯較自然通風(fēng)有所改善，水泵工 作層的溫度分布較為均勻。 說(shuō)明室內(nèi)氣流在屋頂風(fēng)機(jī)負(fù)壓的驅(qū)動(dòng) 下，室內(nèi)兩側(cè)冷風(fēng)下沉，熱氣流上升，對(duì)室內(nèi)氣流溫度的降低有 利。3.2.3 機(jī)械送風(fēng)自然排風(fēng)本

6、文的機(jī)械送風(fēng)是由邊墻風(fēng)機(jī)通風(fēng)風(fēng)管送至室內(nèi)工作面， 之 后又窗下百葉排出。 從溫度云線(xiàn)圖可知， 水泵工作層的氣流溫度 受風(fēng)口射流的作用，溫度分布呈現(xiàn)出較為明顯的條狀分布特征， 且冷氣流直接作用于散熱設(shè)備的附近空氣，通過(guò)直接(或間接) 熱交換，更能容易的排出室內(nèi)的余熱。3.2.4 平均溫度場(chǎng)分布結(jié)合上述通風(fēng)方式、 各斷面云線(xiàn)圖和各平均溫度場(chǎng)分布， 對(duì) 于地下水泵房， 當(dāng)室內(nèi)設(shè)備散熱量較大時(shí)， 僅由自然通風(fēng)難以滿(mǎn) 足泵房?jī)?nèi)的通風(fēng)需要。 當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量滿(mǎn)足時(shí)， 無(wú)論采用機(jī)械 送風(fēng)還是機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)方式， 均能基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 而在相 同的通風(fēng)量下，機(jī)械送風(fēng)的方式為最佳。4 結(jié)論 本文結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)際，對(duì)于地下式水泵房，就自然通風(fēng)、 機(jī)械排風(fēng)、機(jī)械送風(fēng)的三種通風(fēng)方式， 通過(guò) Airpak 的模擬計(jì)算， 可得出如下結(jié)論：1) 自然通風(fēng)的方式難以消除泵房?jī)?nèi)的的余熱， 水泵工作層 的溫度高但分布較為均勻，該環(huán)境下對(duì)水泵運(yùn)行不利。2) 在相同的通風(fēng)量下， 機(jī)械送風(fēng)的通風(fēng)方式略?xún)?yōu)于機(jī)械排 風(fēng)的通風(fēng)方式，且當(dāng)自