2-CFD数值模拟经典案例

CFD数值模拟—某厂房车间案例

——索斯系统送风设计的经典案例

以往对中央空调系统内气流组织的理解和室内空间速度场、温度场的设计，只停留在经验值和独立单元射流计算的高度，而现在有了CFD（Computational fluid Dynamics）－计算流体力学软件的简称，是专门用来进行流场分析、流场计算、流场预测的软件。

杜肯索斯与知名高校合作，建立了大空间气流组织实验室，并使用当前流行的CFD计算程序（GAMBIT EXCEED FLUENT），将先前的经验与现代计算机强大的迭代能力相结合（采用1.83GHZ双核处理器的计算机进行模拟，迭代次数3000－5000次，数据收敛一般需要数十小时）。通过此软件的应用，可以显示并分析封闭空间中的流场；在较短的时间内能预测效果，并通过改变各种参数，使送风效果设计达到最佳。同时将此设计在大空间气流组织实验室中模拟验证。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。

在此，我们对某车间厂房内空气流场的CFD数值模拟应用作一案例介绍，具体如下：

●案例环境

该工程车间厂房生产精密器件，对工作区域的风速、温度有相当高的要求，同时还要求工作区外测能形成风幕，有效隔离工作台面两侧设备产生的气味和油污。

●CFD技术应用:

传统的点式送风模式是根本不能实现这种在整个长达几十米的矩形工作台面上形成均匀的速度、温度场，并形成如此大的风幕。这时，我们选择采用具有线式及立体面送风特点的纤维织物空气分布系统，同时采用CFD技术对该设计进行指导。该设计关键在于：

一、纤维材料渗透率的设计

二、空气分布系统射流孔孔径和孔间距的设计

三、整个系统风量、压力的匹配性设计

对该厂房采用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、密度场、压力场的分布情况。该项目设计由durkeesox技术中心完成，分别在5：30、6：30、8：30、3：30四个方向开0.5”孔（详细参照CAD

图纸和计算书）。由于CFD软件占用系统资源非常大，通常只对设计的某一个对称的立面进行计算模拟，这里仅对系统1＃入口位置立面进行模拟。

——该场所立面示意图：

——CFD数学模型：

——数学模型参数：

▲计算软件：FLUENT 6.12

▲模型网格数量：300000

▲网格类型：COOPER

▲湍流模型：Standard （k－e）

——设定参数：

▲空气参数：incompressible－ideal－gas 1.29Kg/ m3

▲重力加速度：-9.8m/s2

▲材料渗透率：5mm/s

▲墙体热负荷：100w/m2

▲热传导率：80w/m3

▲空气分布器尺寸：Φ660mm*40000mm

▲空气分布器入口风速：8m/s

▲风量：10000cmh

▲风压：350pa

▲纤维风管管壁风速：0.2m/s

▲射流孔风速：14m/s

▲环境初始温度：303k（30℃）

▲送风温度：288k（15℃）

——计算结果：

模型剖面速度场轮廓曲线：

该图形显示出四个方向射流孔的出风情况，射流孔处风速虽很大，达到10米以上（红色），但气流在风管下方开始迅速沉降、卷吸，整个空间风速在工作区衰减到0.5m/s左右，创建出一个舒适的工作环境。风管正下方工作台面上有明显的速度较高气流形态，如图中选择点0.7m/s（浅蓝色），并形成风幕有效隔离了由设备散发的热量和气味；3：30&8：30的射流孔则将射流送到设备外侧，再跟随回流到达上回风口。

模型剖面温度场轮廓曲线：

图形明显显示出了风管下方的工作区低温带20℃（蓝色）；设备和墙体由于与外界的热传递显示为25℃以上（橙、红色），设备外侧离风口较远温度较高，如图中选择点23℃（绿色）；由于设备外测为检修通道，只是偶尔有人员通过，所以并不需要修改设计为该区域单独送风。

在大空间气流组织实验室的验证结果跟CFD模拟情况完全一致。表明杜肯索斯的设计也完全达到用户的理想效果。

——CFD技术的应用使风系统设计能在施工以前测试出效果，并通过技术改进达到最终的预期效果。通过长期的数据积累，可以精确的得出空间气流组织的形态，空间的速度场，能从计算结果得出空气分布系统是否能将空气送至工作区，达到其舒适性要求。CFD的应用促进了设计服务方和顾客的技术交流，在项目施工前按照顾客的要求进行更改设计，最终达到预想的效果；CFD的应用能促进服务方和顾客有效的沟通，使顾客对其设计方案有更好的理解，让顾客对DURKEESOX更有信心。