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多動力源集中排氣系統(tǒng)運行特性實驗與模擬對比分析
摘要:對可變截面的集中排氣系統(tǒng)運行特性進(jìn)行數(shù)值模擬與實驗對比研究。探討更合理控制住宅廚房衛(wèi)生間空氣污染的方式,以解決高層住宅廚房衛(wèi)生間的排氣不暢、串氣等問題,改善高層住宅的空氣環(huán)境質(zhì)量。對系統(tǒng)在不同截面積常見工況下工作的壓力分布及流量分布進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過模擬與實驗對比,表明采用數(shù)值模擬的方法對多動力源集中式排氣系統(tǒng)在常見工況和開機率下的運行特性分析是可行的,并總結(jié)出住宅集中式排氣系統(tǒng)的運行特性。
關(guān)鍵詞:住宅 污染控制 集中排氣系統(tǒng) 數(shù)值模似 引言 隨著生活水平的提高,住宅的室內(nèi)空氣品質(zhì)愈來愈被人們所關(guān)注。廚房、衛(wèi)生間是住宅中兩個主要散發(fā)污染物場所。尤其是廚房,不僅有煤氣燃燒所產(chǎn)生的污染物,還有烹飪產(chǎn)生的大量油煙與蒸汽。暖通工作者對廚房中的污染物、最小排風(fēng)量、排氣罩性能等方面都進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究,但高層住宅中廚房排氣系統(tǒng)和衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)的運行效果仍不如人意。在實際運行中經(jīng)常發(fā)生排氣不暢、串氣等問題。本文利用數(shù)值模擬方法分析高層住宅廚房與衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)在常見工況和開機率情況下的運行效果,并與實驗結(jié)果進(jìn)行對比分析,找出數(shù)值模擬與實驗測試各自的缺點與不足,以更加完善研究方法與手段。通過更精確的分析多動力源集中式排氣系統(tǒng)的運行特性,提高其排氣效果與效率。 1 多動力源集中式排氣系統(tǒng) 集中排氣系統(tǒng)是將每層的一個排氣裝置通過支風(fēng)道排入一豎向的主風(fēng)道,煙氣由設(shè)于屋頂?shù)闹黠L(fēng)道排氣口排入大氣.這種排氣方式克服了分散式排氣的缺點。因而新建住宅大都采用這種排氣方式。集中排氣系統(tǒng)的型式比較多,如帶導(dǎo)流葉片和帶導(dǎo)向彎管的變壓式或者止逆閥等系統(tǒng)型式。對于高層住宅排氣道不管采用哪種型式的集中排氣系統(tǒng),各層廚房排油煙機或衛(wèi)生間排氣扇與各自的集中排氣系統(tǒng)相連通后,即分別組成了多動力源的管網(wǎng)系統(tǒng)。 2 本研究的實驗測試與計算機模擬 相對于實驗,仿真模擬軟件的優(yōu)勢在于,可以建立最接近真實情況的模型,可以將實驗中只能水平放置的風(fēng)道豎直,模擬真實的建筑結(jié)構(gòu),由此可以將風(fēng)道水平放置時忽略的各樓層之間由高度產(chǎn)生的風(fēng)壓、熱壓及氣流特征差異考慮在內(nèi),模擬出各種常見的和不利的工況。但也其不利的一面。數(shù)值模擬所采用的模型過于理想化,而在實際的系統(tǒng)運行中許多不利困素的影響,比如管道中雜物,灰塵對管道阻力的影響,油煙機或排氣扇具體運行特性與用戶使用習(xí)慣,漏風(fēng)與滲風(fēng)等等實際因素都會對系統(tǒng)運行特性產(chǎn)生影響。 實驗的直觀性比較強,而且可以通過試驗發(fā)現(xiàn)許多意想不到、而在實際中確實存在的問題,并且實驗數(shù)據(jù)是支持理論分析的基礎(chǔ),也可為進(jìn)行模擬分析提供邊界條件和初始條件。 本課題組進(jìn)行實驗研究的裝置是按1:1的實型尺寸加工,主管道為可變截面的集中排氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)中主管道的一側(cè)為可移動面,這樣可以任意改變排氣道截面積。系統(tǒng)水平放置,用水平風(fēng)管模擬豎向高層集中排風(fēng)道。如此制作實驗裝置,并且在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行模擬分析,其考慮的因素如下: (1)住宅集中排氣系統(tǒng)中的壓力分布范圍一般為數(shù)十帕。微壓傳感器的精度大多在1帕左右,因而不能用將試驗裝置按比例縮小的方法來測試,只能按實型制作實驗管道系統(tǒng)。 (2)考慮到前述因素的限制,按實型制作實驗管道系統(tǒng),就要受空間和資金方面影響。比如30層的風(fēng)道應(yīng)該仿照真實情況將其豎立,難以實現(xiàn);倘若在已建成的建筑內(nèi)實測,風(fēng)道又無法改變截面積。所以只能采取將風(fēng)道水平放置的實型實驗管道系統(tǒng)。 (3)多動力源的管網(wǎng)系統(tǒng)運行組合工況太多。由于樓層多,根據(jù)真實情況,各戶開機時間不同,再加 上要改變不同截面,導(dǎo)致工況非常多,所有工況測量是無法實現(xiàn)的。 (4)實驗環(huán)境和介質(zhì)與實際使用有差別。實驗中,測量氣體為空氣,與實際的熱煙氣有差 別,并且沒有類似廚房的封閉空間,排油煙機暴露在外界空氣中等。 3 多動力源集中式排氣系統(tǒng)的模擬 根據(jù)實際情況使用GAMBIT建立層高分別為20層的住宅廚房主支式集中排風(fēng)系統(tǒng)的三維模型;采用實際尺寸,主排風(fēng)管道截面積分別為400×500mm、400×750mm,排油煙機入口距離地面為1.6m,層高3m,支風(fēng)管道直徑150mm。分析模型示意見圖一,網(wǎng)格示意見圖二。 將數(shù)值模擬與實驗得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,可以看出模擬數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)基本上是吻合的,有個別樓層出現(xiàn)相差較大的現(xiàn)像,是在實驗測試過程中的誤差及當(dāng)實驗條件等因素造成,這些相差較大的樓層也在合理的誤差范圍之內(nèi)。對比結(jié)果見圖六,圖七。 6多動力源集中式排氣系統(tǒng)常見工況與開機率下運行特性 多動力源集中式排風(fēng)系統(tǒng)管道中的壓強分布從底層到頂層,呈現(xiàn)低-高-低的趨勢。下層的用戶由于上層排氣氣流的引射帶動作用,不易出現(xiàn)竄氣;上層的用戶由于需要克服管道內(nèi)的阻力較小,串氣也不嚴(yán)重;而中間層未開機用戶的竄氣程度較上下層相對嚴(yán)重。400×500mm的主排風(fēng)管道截面積基本無法滿足20層建筑在通常情況下的排風(fēng)要求,最好是采用更大截面的排風(fēng)道;400×750mm的排風(fēng)道可以滿足20層建筑在高開機率時的排風(fēng)要求,是較為理想的排風(fēng)道截面尺寸。系統(tǒng)排氣效果受管道截面尺寸,總樓層數(shù),用戶開機率,室外熱壓等因素影響。 7 結(jié)論 ①對于住宅廚房衛(wèi)生間控制油煙的污染,集中式排風(fēng)系統(tǒng)是較為理想和適合大多數(shù)住宅的排風(fēng)系統(tǒng)形式,但要有合理的管道構(gòu)造及其流通截面尺寸; 400×750mm的排風(fēng)道僅可以滿足20層建筑在高開機率時的排風(fēng)要求,是適用于多數(shù)情況下的排風(fēng)道截面尺寸。 ②用數(shù)值模擬方法對多動力源集中排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬計算與實驗所得結(jié)果較為接近,在由于空間,資金等方面原因造成無法進(jìn)行實驗研究的時候,可用數(shù)值模擬方法進(jìn)行計算。 ③多動力源集中式排風(fēng)系統(tǒng)管道中的靜壓分布從底層到頂層,呈現(xiàn)低-高-低的運行特性規(guī)律。 參考文獻(xiàn) [1] 集中排氣系統(tǒng)住宅廚房排氣系統(tǒng)空氣動力分析.林豹.沈陽:沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報[J] 1997年第13卷第3期 [2] 主支式排氣道中主風(fēng)道橫截面尺寸的確定[R].黃銳, 楊立中, 范維澄.北京:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室.2001 [3] 住宅廚房集中排氣道內(nèi)煙氣流動特性分析.龔延風(fēng)、陳麗萍、國君杰.南京建筑工程學(xué)院學(xué)報[J].2002年第3期 [4] 住宅集中排風(fēng)系統(tǒng)的模擬分析研究[D].劉鑫.沈陽:沈陽建筑大學(xué)環(huán)境學(xué)院.2010 [5] 住宅廚房集中排氣管道系統(tǒng)構(gòu)造及其運行特性實驗研究[D].馮墨.沈陽:沈陽建筑大學(xué)環(huán)境學(xué)院.2010 [6] Activity for basecatalyzed reactions and characterization of alumina2supported KF catalysts[J].Kabashima H , Tsuji T , Nakata S ,et al.Appl Cata A .2000 [7] 計算流體動力學(xué)分析——CFD軟件原理與應(yīng)用[EB].王福軍.- 1夢龍項目管理軟件
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