孫月茹

頂送式暖風機水平方向安裝位置優(yōu)化研究

孫月茹

（石家莊鐵道大學 石家莊 050043）

運用數(shù)值模擬的方法，對同一工業(yè)廠房暖風機供暖頂送形式進行模擬，在達到供暖要求的前提下，通過改變暖風機水平安裝位置，得到了近墻布置的暖風機距墻安裝距離的最佳值：靠近外墻布置的風機，其安裝位置不能按產(chǎn)品樣本中提供的供暖半徑為基準進行布置，近墻的一排風機距墻的合理距離取0.6倍產(chǎn)品供暖半徑時，廠房工作區(qū)溫度分布最均勻，供暖效果最佳。

工業(yè)廠房；頂送風；暖風機位置；供暖效果；氣流組織

0 前言

高大空間若采用吊頂暖風機熱風供暖，可以通過合理的氣流組織，將送風熱量調(diào)配到下部工作區(qū)，以提高送入熱量的利用率[1]。而熱風供暖的能量利用與送、回風口的位置密切相關。如果頂送式暖風機均勻布置，將會導致廠房中間區(qū)域溫度高，而靠近墻體的區(qū)域溫度低，溫度分布很不均勻。為此本文將對工業(yè)廠房不同暖風機位置下的溫度場進行數(shù)值模擬，通過調(diào)整靠墻兩側(cè)暖風機位置優(yōu)化氣流組織，以分析暖風機位置對工業(yè)廠房熱風供暖的溫度均勻性優(yōu)化效果[2]。

1 模型概況

廠房位于石家莊，根據(jù)文獻[5]可以查得石家莊冬季室外采暖計算溫度為-6.7℃，供暖期平均溫度-0.5℃，室內(nèi)計算溫度為16℃。

論文數(shù)值模擬為了得到的結果更加準確，選取廠房尺寸為240m×60m×12m(長×寬×高)，選用了16個吊頂暖風機對工業(yè)廠房進行供暖。暖風機尺寸：長×寬×高為1100mm×1100mm×1165mm，其示意圖如圖1所示，每個暖風機供暖面積為900m2，供暖半徑R為15m。

布置暖風機時，在高度方向上，暖風機頂部距廠房頂部1m；水平方向上，其示意圖如圖2所示。論文模擬設置了五個方案分別對廠房進行供暖，靠墻側(cè)吊頂暖風機安裝位置示意圖如圖3所示，暖風機具體位置數(shù)據(jù)如表1所示，其中方案1中所有的暖風機等間距均勻布置。廠房沿長度方向左右對稱，所以只模擬左半側(cè)區(qū)域，八個吊頂暖風機。

圖1 暖風機示意圖

圖2 暖風機水平方向布置位置示意圖

圖3 靠墻側(cè)暖風機位置示意圖

表1 暖風機具體位置數(shù)據(jù)表

廠房兩米以下為工作區(qū)，等間距分為10個區(qū)域，由于只模擬了廠房左側(cè)，所以只有5區(qū)域，具體命名如表2所示。

表2 廠房X方向不同區(qū)域命名表

2 數(shù)值模擬

論文利用CFD數(shù)值模擬軟件[3]對工業(yè)廠房的溫度場進行模擬。假設空氣為連續(xù)穩(wěn)定不可壓縮流體。由于供熱時氣流受熱浮力影響較大，空氣密度采用Boussinesq近似[3]。

2.1 網(wǎng)格劃分

就廠房本身而言，風口處的網(wǎng)格劃分較密集，其他地方的網(wǎng)格劃分較稀疏。網(wǎng)格劃分結果：方案1廠房網(wǎng)格總數(shù)為3364248，方案2廠房網(wǎng)格總數(shù)為3368210，方案3廠房網(wǎng)格總數(shù)為3367362，方案4廠房網(wǎng)格總數(shù)為3366135，方案5廠房網(wǎng)格總數(shù)為3366839。

2.2 湍流模型

在數(shù)值模擬中選擇考慮浮升力的RNG-兩方程湍流模型作為數(shù)值模擬的模型。

2.3 邊界條件

2.3.1 風口邊界

送風口設置為速度進口，送風風速6.23m/s，送風溫度28℃，利用前人得到的經(jīng)驗公式[4]通過計算可以得到，送風口的水力直徑為H=0.63m，湍流強度為≈3.5%。

回風口設置為自由出流。

2.3.2 壁面邊界條件

根據(jù)相關文獻[5]中的相關計算公式可以計算出圍護結構的內(nèi)表面溫度，模擬時東、西、南、北四面墻設定溫度為5.48℃，屋面的溫度值設為7.6℃，窗戶的溫度值設為4.29℃，地面設為絕熱邊界條件。

2.4 控制方程

動量方程選擇二階迎風格式，其他方程選擇軟件默認的方程格式，求解用COUPLED算法求解。

3 模擬結果及分析

通過Fluent軟件數(shù)值模擬，總結工作區(qū)五個區(qū)域的平均溫度如表3所示。

表3 工作區(qū)不同區(qū)域的平均溫度

其中t1～t5表示廠房X方向等間距的五個區(qū)域。

其中不平衡率：

不平衡率越小，說明溫度分布均勻性越好。

將表3中的數(shù)據(jù)繪制成折線圖如圖4所示。

圖4 工作區(qū)不同區(qū)域的平均溫度折線圖

綜合表3和圖4可以看出采用方案1所有吊頂暖風機均勻布置時，靠墻側(cè)區(qū)域平均溫度明顯較低，雖然可以達到供暖要求的溫度，但溫度的均勻性較差。而采用方案2、方案3、方案4和方案5對廠房進行供暖時，在達到供暖要求的溫度的同時，供暖效果有所改善。其中方案4所得到工作區(qū)平均溫度不平衡率最小，所以采用方案4供暖時，工作區(qū)溫度分布最均勻，供暖效果最佳，此時近墻的一排風機距墻的合理距離分別為0.6倍產(chǎn)品供暖半徑。

4 結果與結論

論文運用CFD軟件進行數(shù)值模擬，對同一高度工業(yè)廠房暖風機供暖頂送形式進行了模擬，得到暖風機不同水平安裝位置下廠房的相關數(shù)據(jù)，通過計算對比這些數(shù)據(jù)，可以得到近墻布置的暖風機距墻安裝距離的最佳值：靠近外墻布置的風機，其安裝位置不能按產(chǎn)品樣本中提供的供暖半徑為基準進行布置，近墻的一排風機距墻的合理距離取0.6倍產(chǎn)品供暖半徑時，廠房工作區(qū)溫度分布最均勻，供暖效果最佳。

由于作者能力有限，所得到的模擬結論希望能夠為以后的工業(yè)廠房熱風供暖問題提供幫助。

[1] 朱穎心.建筑環(huán)境學（第2版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005:201-202.

[2] 鐘珂,王新偉,華鳳皎,等.高大空間風口位置高度對供暖效果的影響[J].東華大學學報(自然科學版),2014,40(3): 334-338，378.

[3] 王福軍.計算流體動力學分析—CFD軟件原理與應用[M].北京:清華大學出版社,2004:254-256.

[4] 譚洪衛(wèi).計算流體動力學在建筑環(huán)境工程上的應用[J].暖通空調(diào),1999,29(4):31-36.

[5] 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

Study on Horizontal Position Installation Optimization of Top-loading Heater

Sun Yueru

(Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang, 050043)

This paper uses the method of numerical simulation to simulate the heating fan feeding form of the same industrial plant. On the premise of meeting the heating requirements, by changing the level of the heater installation position, got the best value of heaters′ Installation distance which are placed near wall: fans near the wall to decorate, the installation position can't according to the product sample provided in the heating radius as a benchmark to decorate, when the near wall one rows fans from the reasonable distance of the wall in 0.6times respectively product heating radius, the temperature distribution in the working area of the workshop is the most even, and the heating effect is the best.

industrial plant; top air supply; position of heater; the heating effect; air distribution

1671-6612（2020）06-700-03

TU832.1+5

A

孫月茹（1992.12），女，碩士研究生，E-mail：1014633931@qq.com

2010-02-22