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案例分享|仓库气流组织的CFD仿真

2022-08-11 70
一、气流组织介绍
一般来说,狭义的气流组织指的是置换送风等具体的送回风形式;而广义的气流组织是指送风口和回风口等设计带来的室内气流分布;室内类别可以是民用建筑的室内,也可以是工厂、机房等工业建筑的室内[1]

良好的气流组织可以合理地组织室内空气的流动,它能使空气由送风口送入空间后,在扩散与混合的过程中,均匀地消除空间余热和余湿,带走室内的污染物,使室内空气的温度、湿度、气流速度、洁净度等指标满足室内的应用场景。


二、CFD在气流组织上的应用
CFD(计算流体动力学)技术利用计算机进行物理方程求解,从而获得对流体物理现象的仿真,它可以快速获得详细的数据,有效降低了试验与时间成本,并能够模拟多种不同工况。这些优点使得CFD技术越来越受欢迎,并在实际工程中得到了广泛的应用。因此,运用CFD技术仿真分析空间内的气流组织,对提出适合不同空间的通风方案有着非常重要的指导作用。

朱伟民[2通过CFD模拟,探讨了自然通风和辅助机械通风对造船厂焊接车间通风效果的影响,并比较了两种风机布置的通风效果。李瑞[3]运用CFD技术对数据中心机房的气流组织形式及参数进行了优化,得到了正向双侧送风布局的最优设计参数。李卫军[4]基于CFD方法对羽毛球馆的不同气流组织形式进行研究,并确定最优气流组织。对于空气环境要求严格的场所,CFD技术的应用对气流组织的设计更是起到了关键作用并达到明显的效果。Thongsri[5]采用CFD方法对某硬盘厂通风系统的气流进行了数值模拟并根据模拟结果分析气流组织的优化方案,不仅解决了工作区的冷凝问题,更节约能耗。


三、无尘仓库气流组织的CFD仿真案例
洁净车间,亦称洁净室、无尘车间、无尘室或清净室。洁净室的主要功能为室内污染控制,没有洁净室,污染敏感零件不可能批量生产。洁净室也被定义为具备空气过滤、分配、优化、构造材料和装置的房间,其中特定规则的操作程序以控制空气悬浮微粒浓度,从而达到适当的微粒洁净度级别。
本案例对北京某公司的线边仓系统进行了流体分析,线边仓系统模型如下图1所示。
图1 案例线边仓模型(为保护客户隐私只展示变形示意图)
采用k-ɛ湍流模型进行稳态计算,求解方法采用SIMPLE算法模拟线边仓风机过滤组及空调系统的气流组织,优化仓内的速度场、压强场及温度场,使线边仓内达到良好的无尘效果及稳定的压强、温度。

其中客户要求是距离地面风速较低不引起扬尘、仓内温度可以控制在许用温度范围,且仓内保持微正压等等。


(一)线边仓内流体速度分布情况

图2 线边仓内速度分布图(为保护客户隐私只展示变形示意图)


(二)线边仓内流体压强分布情况

图3 线边仓内压强分布图(为保护客户隐私只展示变形示意图)


(三)线边仓内流体温度分布情况

图4 线边仓内温度分布图(为保护客户隐私只展示变形示意图)


四、其他案例
机场大厅流线图,可优化空调出风口位置及角度布置,提升空间气温均匀性。


家用立式空调布置吹风效果模拟。


钢厂精炼炉除尘车间吸风效果模拟。


五、参考文献
[1] 杜传梅主编;刘晓平,张红英副主编.建筑环境学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2017.08.
[2] 朱伟民,李明宝,谭洪卫,柯其枝.造船厂焊接车间通风方式的研究[J].暖通空调,2008(02):18-21+100.
[3] 李瑞.基于CFD仿真的数据中心气流组织优化[D].山东大学,2020.
[4] 李卫军.羽毛球馆空调气流分布数值模拟及优化研究[D].北京建筑大学,2019.
[5] Thongsri, Jatuporn. A Successful CFD-Based Solution to a Water Condensation Problem in a Hard Disk Drive Factory[J]. IEEE Access, 2017, 5:10795-10804.

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