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        可調(diào)旋流送風(fēng)口在高架庫空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用分析

        2015-07-20 11:53:24易學(xué)慶孫浩苑玲玲甘承軍張艷法
        關(guān)鍵詞:氣流組織煙絲旋流

        易學(xué)慶孫浩苑玲玲甘承軍張艷法

        1安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司2中國五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司

        3北京克蘭茨技術(shù)有限公司

        可調(diào)旋流送風(fēng)口在高架庫空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用分析

        易學(xué)慶1孫浩2苑玲玲2甘承軍3張艷法3

        1安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司2中國五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司

        3北京克蘭茨技術(shù)有限公司

        高架庫逐漸成為現(xiàn)代物流業(yè)的重要設(shè)施。針對卷煙廠具有溫濕度精度要求的高架庫,由于庫內(nèi)空間較高,存在溫度梯度等特點(diǎn),本文以蕪湖卷煙廠輔料高架庫為例,采用一種可調(diào)旋流送風(fēng)口從高架庫頂部送風(fēng)、四周墻體底部回風(fēng)的氣流組織方案,從設(shè)計(jì)方案、計(jì)算模擬和實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行了說明、論述和分析。

        卷煙廠 立體高架倉庫 旋流風(fēng)口 溫濕度控制

        0 引言

        隨著現(xiàn)代物流技術(shù)的發(fā)展,立體高架倉庫的使用已成為貨物儲(chǔ)存、物流中轉(zhuǎn)的趨勢。高架庫一般利用專用的物料搬運(yùn)機(jī)械進(jìn)行搬運(yùn)、堆垛和存取等作業(yè),自動(dòng)控制倉庫貨物的入庫、存取、出庫等整個(gè)過程,大大地提高了效率。高架庫在卷煙行業(yè)應(yīng)用也較廣泛,如:卷煙輔材、成品煙絲、片煙原料等。由于卷煙行業(yè)的特殊性,對倉庫環(huán)境的溫濕度控制有一定要求,需要配置空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于高架庫層高較高,易產(chǎn)生熱力分層,溫濕度控制的均勻性成了空調(diào)的難點(diǎn)[1~2]。

        目前,國內(nèi)煙草行業(yè)高架庫集中式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng),為達(dá)到氣流組織均勻,庫內(nèi)常用的氣流組織方式有兩種:1)沿庫房內(nèi)柱子在高度方向均勻布置多點(diǎn)多層側(cè)送風(fēng)口,沿庫房四壁墻布置多層回風(fēng)口。2)在庫頂部均勻布置多個(gè)下送噴射式風(fēng)口,沿庫四壁墻布置雙層百葉回風(fēng)口。由于高架庫高度一般高于20m,內(nèi)布多條貨架,貨架一般有十?dāng)?shù)層,貨架與貨架之間的距離僅為1.4m左右的機(jī)器人通道,這兩種氣流組織方式均存在缺陷。對于第一種氣流組織方式,當(dāng)貨架上裝滿貨物時(shí),貨物阻擋水平送風(fēng)氣流的擴(kuò)散,導(dǎo)致內(nèi)部空間氣流組織不均勻。對于第二種氣流組織方式,在貨架之間的頂部噴射式送風(fēng)口,夏季送風(fēng)氣流與庫內(nèi)空氣溫差為6~8℃,由于冷風(fēng)自身有一定的沉降作用,疊加噴射風(fēng)口的向下高速射流,使得冷空氣迅速達(dá)到地面聚集,庫內(nèi)高度方向上存在很大的溫度梯度。

        1 設(shè)計(jì)方案說明

        為克服上述兩種高架庫通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的不足,筆者在蕪湖卷煙廠技改成品煙絲高架庫空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目中,成功地采用了一種集中式室內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)。成品煙絲高架庫高21m,長79m,寬18m,由于煙絲倉庫儲(chǔ)存煙絲工藝要求,其室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)為:溫度指標(biāo)24~26℃(允差±5℃)濕度指標(biāo)60%(允差±6%),空調(diào)區(qū)域各點(diǎn)溫度偏差≤2℃;濕度差距≤4%。

        空調(diào)系統(tǒng)由兩臺(tái)組合式空氣處理機(jī)組(70000m3/h風(fēng)量,1500Pa全壓;供冷量310kW;供熱量120kW;加濕量160kg/h)為核心,通過送風(fēng)管道和回風(fēng)管道與末端風(fēng)口相連。氣流組織依靠頂部末端42套特殊的可調(diào)旋流送風(fēng)口和四周墻壁地面處的百葉回風(fēng)口完成。換氣次數(shù)4.7次/h。

        這種特殊的可調(diào)旋流風(fēng)口有兩大功能特點(diǎn),第一,在夏季送冷風(fēng)的狀態(tài),可以實(shí)現(xiàn)高誘導(dǎo)比的水平送風(fēng),單個(gè)風(fēng)口的水平覆蓋范圍如空調(diào)平面圖中的大圓圈,設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)口的排布使單個(gè)風(fēng)口的水平覆蓋范圍搭接。由于冷空氣的自然沉降作用和底部回風(fēng)口的吸引作用,使得庫房內(nèi)的空氣形成從上至下的均勻氣流,從而保證庫房內(nèi)的氣流組織均勻。第二,在冬季送熱風(fēng)狀態(tài),可以實(shí)現(xiàn)超過20m的向下射流送風(fēng),同時(shí)誘導(dǎo)內(nèi)部空氣形成上下的強(qiáng)烈擾動(dòng),使得熱風(fēng)不會(huì)集聚在庫房上部,不會(huì)形成熱力垂直分層,再疊加底部回風(fēng)口的吸引作用,從而保證庫內(nèi)氣流的均勻性。

        旋流風(fēng)口在高架庫的部的布置平面圖,如圖1所示。

        圖1 旋流風(fēng)口在高架庫頂部的平面布置圖

        2 氣流組織模擬分析

        由于夏季送風(fēng)近似于傳統(tǒng)的上送下回混合送風(fēng)模式,在許多工程有應(yīng)用實(shí)例,并且效果得到證實(shí)。而高大空間冬季熱力分層現(xiàn)象是一個(gè)普遍存在不易解決的問題,所以這里主要針對冬季送風(fēng)工況進(jìn)行模擬計(jì)算,利用Gambit軟件建立的物理模型[3~4]。

        2.1 氣流組織模型詳細(xì)參數(shù)

        取對稱庫房一半長度空間:長36.6m,寬18m,高21m。內(nèi)部六個(gè)貨架,3m一層共6層,每層存放2m高的煙絲,貨架總高18m。

        送風(fēng)口型號為DD-VG-DN400-R-E,有效面積系數(shù)0.5,回風(fēng)口尺寸為3m×3.2m,在倉庫南北方向墻上分別布置。

        1)劃分網(wǎng)格。根據(jù)模型的幾何尺寸,本次模擬選用的網(wǎng)格劃分方案為計(jì)算區(qū)域采用邊長為50cm的四面體體網(wǎng)格,送風(fēng)口網(wǎng)格加密,尺寸取10cm。網(wǎng)格總數(shù)約為60萬。

        2)邊界條件。送風(fēng)口:送風(fēng)速度12.72m/s,送風(fēng)溫度28.94℃,送風(fēng)溫差3.94℃;回風(fēng)口:設(shè)定為壓力出口;外墻:西側(cè)外墻,傳熱系數(shù)1.5W/(m·K),室內(nèi)外溫差30℃,熱流密度-45W/m2;內(nèi)墻:設(shè)定為絕熱邊界;屋頂:傳熱系數(shù)1.5W/(m·K),室內(nèi)外溫差30℃,熱流密度-45W/m2;地面:熱流密度為-15W/m2。

        圖2 溫度場模擬

        3)數(shù)學(xué)模型:在氣流組織的工程計(jì)算中,一般采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε兩方程模型,本次計(jì)算亦采用k-ε兩方程湍流模型進(jìn)行模擬。流動(dòng)和傳熱過程都受最基本的3個(gè)物理規(guī)律的支配,即質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒,本次采用穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法。對于固體壁面附近的流動(dòng),采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)來處理。采用SIMPLEC壓力和速度耦合的算法進(jìn)行計(jì)算。

        2.2 溫度場模擬結(jié)果

        圖2為溫度場模擬結(jié)果。從圖中可以看出,X= 26.32m截面的平均溫度為24.2℃,Y=9m截面的平均溫度為24.5℃,Z=4m截面的平均溫度為24.7℃。

        2.3 速度場模擬結(jié)果

        圖3為速度場模擬結(jié)果。從圖中可以看出,在該氣流組織下,送風(fēng)口射流距離可達(dá)到20.5m,距地0.5m,回風(fēng)口風(fēng)速1.24m/s。

        圖3 速度場模擬

        2.4 模擬結(jié)果分析

        房間溫度和速度分布相關(guān)的氣流組織評價(jià)指標(biāo)目前很多,它們分別從房間的熱舒適、空氣品質(zhì)、通風(fēng)效果和能量利用等方面對氣流組織進(jìn)行評價(jià)。本次采用溫度不平均系數(shù)、速度不平均系數(shù)以及能量利用系數(shù)三個(gè)指標(biāo)對冬季穩(wěn)態(tài)工況下氣流組織的分布進(jìn)行分析評價(jià)。

        為計(jì)算溫度不平均系數(shù)和速度不平均系數(shù),選擇高度為2.1m,6.2m,10.6m和14.8m的四個(gè)平面,在四個(gè)平面上分別再利用兩對角線上梅花設(shè)點(diǎn)的方法選取17個(gè)測點(diǎn),由于有些測點(diǎn)位于煙絲儲(chǔ)存位置,所以最后共得到63個(gè)測點(diǎn)的溫度值和速度值。從而計(jì)算溫度不平均系數(shù)、速度不平均系數(shù)以及能量利用系數(shù)三個(gè)評價(jià)指標(biāo)。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

        表1 氣流組織評價(jià)指標(biāo)

        溫度不均勻系數(shù)是表征空間溫度場的均勻性的指標(biāo),不均勻系數(shù)越小,溫度場越均勻,此次模擬結(jié)果顯示溫度不均勻系數(shù)為0.03,表明煙絲倉庫的溫度場分布均勻。

        速度不均勻系數(shù)是表征空間速度場的均勻性的指標(biāo),1.14的速度不均勻系數(shù)值稍偏大,可能是由于少數(shù)測點(diǎn)處于距離風(fēng)口較近位置,其風(fēng)速與平均風(fēng)速值相差較大的原因。但是結(jié)合上面得到的模擬結(jié)果分析速度場還是較為均勻的。

        能量利用系數(shù)是評價(jià)氣流組織經(jīng)濟(jì)型的指標(biāo),越接近于1,其經(jīng)濟(jì)性越好。該氣流組織的能量利用系數(shù)值1.09較為接近1,表明其經(jīng)濟(jì)型較好。

        通過模擬結(jié)果分析,證明該風(fēng)口布置方案可以滿足高架庫對室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)要求。

        3 實(shí)際運(yùn)行效果分析

        為實(shí)地驗(yàn)證上述環(huán)控系統(tǒng)應(yīng)用效果,在高架庫中,水平和高低位置均勻設(shè)置十幾個(gè)溫濕度監(jiān)控點(diǎn),通過自控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控庫內(nèi)溫濕度的變化。夏季的運(yùn)行效果很好,由于篇幅限制,這里不做過多的分析。僅摘取均勻布置的六個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù),以冬季某一典型天氣下的實(shí)際監(jiān)控結(jié)果,繪制成曲線圖如下圖4、圖5所示。

        圖4 高架庫冬季六點(diǎn)監(jiān)控溫度數(shù)據(jù)圖

        圖5 高架庫冬季六點(diǎn)監(jiān)控相對濕度數(shù)據(jù)圖

        根據(jù)監(jiān)控結(jié)果,可以看出空間的溫濕度是很均勻的,溫度在24~26℃之間,濕度在55%~62%之間,完全滿足設(shè)計(jì)的最初要求。系統(tǒng)于2013年6月份投入運(yùn)行至今,運(yùn)行效果良好。

        4 結(jié)論

        對于有溫濕度要求的高架庫,需要在大空間內(nèi)維持均勻的氣流分布。采用上供下回式系統(tǒng)設(shè)計(jì),利用特殊的高空可變旋流風(fēng)口,夏季送冷風(fēng)時(shí)水平高誘導(dǎo)送風(fēng),冬季送熱風(fēng)時(shí)變成向下的深度射流,合理地布局風(fēng)口位置,做好風(fēng)量匹配和平衡,是可以達(dá)到氣流均勻的要求的。同時(shí)減少空氣循環(huán)量,達(dá)到節(jié)能運(yùn)行目的。

        [1]汪炎平,鄭向榮.煙草行業(yè)立體高架庫恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)氣流組織初探[J].建筑技術(shù),2010,(4):83-85

        [2]吳銳,孫煒,季杰.空調(diào)氣流組織對卷煙高大廠房內(nèi)溫度場的影響[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2006,(6):45-49

        [3]趙琴.Fluent軟件的技術(shù)特點(diǎn)及其在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2003,(12):424-425

        [4]許登科.高大空間分層空調(diào)氣流組織的數(shù)值模擬研究[D].淮南:安徽理工大學(xué),2006

        Ana lys is of Adjus ta ble Sw irl Diffus e r Us e d in Air Conditioning Sys te m of High-Ba y Wa re hous e

        YI Xue-qing1,SUN Hao2,YUAN Ling-ling2,GAN Chen-jun3,ZHANG Yan-fa3
        1 China Tobacco Anhui Industrial Co.,Ltd.
        2 China Wuzhou Engineering Design Group Co.,Ltd.
        3 Beijing Kelanci Technologies Co.,Ltd.

        High-bay warehouse has become an important facility in modern logistics system.Aiming at cigarette factory high-bay warehouse with precise temperature and humidity requirement,with some characteristics of higher warehouse space and temperature gradient,this article takes the accessory high-bay warehouse of Wuhu cigarette factory as an example,introduces an air distribution program by using an adjustable swirl diffuser to supply air from the top of high-bay warehouse and return air around the bottom of the walls.The scheme design,computational simulation and actual operating results are described,discussed and analyzed here.

        cigarette factory,high-bay warehouse,swirl diffuser,temperature and humidity control

        1003-0344(2015)02-100-4

        2014-3-2

        易學(xué)慶(1977~),男,工程師;安徽省蕪湖卷煙廠技改辦(241002);E-mail:yixueqing@sohu.com

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