应用CFD技术对昆明机场制冷站气流模拟分析.pdf

公用工程设计J 葡而面面蕊j 羽 应用C F D 技术对昆明机场制冷站气流模拟分析 S i m u l a t i o nA n a l y s i sb yC F Do nA i rC u r r e n ti nt h eR e f r i g e r a t i o nS t a t i o no fK u n m i n gA 卸o r t 文0 铜1 ，文0 亚鹏2 ( 1 中国中元国际工程公司，北京1 0 0 0 8 9 ；2 一E 京建筑大学，北京1 0 0 0 4 4 ) L I UT o n 9 1 ，L I UY a p e n 9 2 ( 1 C h i n a I P P RI n t e r n a t i o n a lE n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ，B e i j i n g1 0 0 0 8 9 ，C h i n a ； 2 ，B e U i n g U n i v e r s 时o fC i v i lE n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a ) 【摘要】应用C F D 技术，以方程为基础，对昆明新机场冷源供应中心制冷站内的气流在夏季工况务件下进行三维模拟计算，并对结 果进行了分析。依据通风及空气调节在夏季z - ；L T 的标准，对室内气流温度、速度进行评判。 【A b s t r a c t 】B a s e do ne q u o t i o n sa n da p p l y i n gt h eC F D ，t h r e ed i m e n s i o n a ln u m e r i c a ls i m u l a t i o nt ot h ea i rc u r r e n to f t h en e wK u n m i n gA i r p o r t S C o o ls o u r c e c e n t e r i n s u m m e r s w o r k i n g c o n d i t i o n i s c a r r i e d o u t i n t h i s a r t i c l A f t e r a n a l y z e d t h er e s u l t s ，t h i s a r t i c l w i l l e v a l u a t e t h e a i r t e m p e r a t u r e a n d t h e a i r s p e e d a c c o r d i n g t o t h e s t a n d a r d o f t h e v e n t i l a f i o n a n d t h e a i r c o n d i t i o n i n g i n s u m m e r 【关键词】计算流体动力学；数值模拟；制冷站 【K e y w o r d s 】c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ( C F D ) ；n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ；r e f r i g e r a t i o n s t a t i o n 【中图分类号l T U 8 3 1 6【文献标志码】A【文章编号】1 0 0 7 9 4 6 7 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 1 0 5 0 3 1 概述 昆明新机场是国家民航机场布局规划确定的中国面向东 南亚、南亚和连接欧亚的国家大型门户枢纽机场，被国家民航 总局确定为我国第一个“绿色机场”。拟建的冷热源供应中心 设计秉承安全、绿色、节能、环保、科技、高效的理念， 计算流体动力学简称C F D ，是随着计算机技术而出现的 一门新学科。它运用流体动力学的基本原理，通过建立数学物 理模型，根据提供的合理的边界g - d e - 和参数，可以对通风区域 内气流的速度场、温度场、压力场等进行模拟计算。而室内空 气的速度场、温度场又是研究空调房间室内气流组织设计及 【作者简介】刘铜( 1 9 7 8 一) ，男，北京人，工程师，从事供热供燃气通 风与空调工程设计与研究，( 电子信箱) l i u t o n g i p p r n e t 。 空调房间室内舒适环境评价的基础。本文以昆明新机场冷源供 应中心制冷站为模型，对制冷站内室内气流进行数值模拟，以 保证充分利用云南昆明的气候特征设计一个先进可靠、资源 和能源节约省理先挂高效、技术经济性好的冷热源供应中心。 2 模型的建立 如图1 所示，昆明新机场冷源供应中心制冷站长约4 0 m ， 宽约3 2 m ，高度7 5 m 。内设4 台制冷机，由于昆明夏无酷暑、冬 无严寒、气候宜人，具有典型的温带气候特点，因此，昆明新机 场冷源供应中一C , $ 1 J 冷站两面外墙设置大面积可开启外窗，采 用自然通风的形式，充分利用昆明当地气候特点为制冷站通 风。 1 0 5 万方数据 l 工程建设与设计 I C a m t n 幽a & D e s 钿F o r l j e c t 图1 制冷站模型平面图 3 计算数学模型 本文采用K 三维紊流模型，采用s 方程，将通风气流 与制冷站形状及障碍物作为一体来考虑，用整体求解法计算 空调房间室内空气流动与传热问题，对制冷站内室内气流组 织，主要是速度场、温度场分布进行了数值模拟。 描述模型房间的紊流偏微分方程组如下： 1 ) 连续性方程 韭+ 蚁+ 粤+ 监：o (1)OtO xa vO z 、7 2 ) 动量方程 监+等一等怕麓忱200t O xO xO x ( 2 ) ，pia 新i 。 “ 3 ) 能量方程 p c p 等2 击( A 篑M 筹巾咖 ( 3 ) 4 边界条件 制冷站内以墙壁、屋顶、柱子、外窗及制冷机组、水泵为边 界条件。以下对各个边界条件进行详细描述。 1 ) 墙壁、地面、屋顶、柱子 外墙采用3 0 0 r a m 厚材料，传热系数0 2 5 W ( m 2 K ) 。屋顶 采用5 0 r a m 厚挤塑聚苯板，传热系数O 0 3 6 W ( m 2 K ) 。据文献 1 】，昆明夏季通风计算温度2 3 1 ，极端温度3 0 4 C ，为保证 在极端条件下制冷站仍能疋蒿争工怍，室外温度设置为3 0 4 C 。 柱子为7 0 0 m m x 7 0 0 m m x 7 5 0 0 m m 混凝土注，带岭站内共1 2 根。 2 ) 外窗 据文献【1 1 ，昆明夏季室外平均风速1 8 m s ，最多风向西南。 1 0 6 夏季通风计算温度2 3 1 ，极端温度3 0 4 C 。根据建筑设计方 案，西南和东北两面外墙外窗面积各为2 4 0 m 2 ，外窗可开启面 积占总面积4 0 ，约为9 6 m 2 。 3 ) 制冷机组、水泵 昆明新机场制冷站共安装离心式制冷机4 台，其中制冷 量4 7 4 8 k W l 台，7 0 3 4 k W3 台，按照1 的冷量耗散设置边界 条件。水泵表面按照平均温度4 0 C 设置。 5 网格划分 对所建立的数学模型进行网格划分。本次计算采用六面 体网格以保证计算精度，对比较关心的墙体、外窗、制冷机、水 泵等边界网格间距取o 1 ，其余空间网格间距取0 2 ，最终网格 数量为7 6 85 8 3 个。制冷站网格划分图见图2 。 r “ 謦j 。：蔫 ：? ：o 兰 - ! 霉，毒 9 t 矿 图2 制冷站网籀划分圈 6 数值模拟结果 利用前面的数学及物理模型，对此制冷站在极端条件通 风进行模拟计算。通过计算得到制冷站内的气流速度矢量、温 度分布、平均空气龄等参数和流场组织形式。制冷站内的速度 矢量、温度分布如下面几个图所示。图3 、图4 为距地面 O 5 m X Y 方向速度矢量图和温度分布图，此位置为水泵工作时 距地面高度。图5 为距地面1 7 mX Y 方向平均空气龄示意图， 此位置为人员活动时距地面高度。 图3 制冷站z = O 5 m 处速度矢量图 ：l i l l - l 一 披曩麓麓=；_lt 万方数据 j 渗麓溱。：= ；ji ：I 薹葛“o 蝌一，一 雾卺、j 簿谢。荔嵇荔t 譬三 图4 制冷站z = O 5 m 处温度分布图 I ；：平均空气龄s 图5 制冷站z = 1 7 m 处平均空气龄示意图 同样，图6 、图7 、图8 分别为制冷站中心X = 2 1 m 处速度 矢量图、温度分布图、平均空气龄示意图。 速度( m s ) 辱：= ：= 誓：= 温度 ? ；。j。F2”一 黑= 譬t 卜” 譬：二： F。“ j ，l 鳖： 一 r 图7 制冷站X = 2 1 m 处温度分布图 平均空气龄s 露：冀 l ” 引。 I 墨兰 图8 制冷站X = 2 1 m 处平均空气龄示意图 7 结论与分析 如以上各图所示，在昆明室外温度为3 0 4 C 的极端环境 下室内平均流速为1 2 m s ，平均温度为2 9 C ，平均空气龄为 5 5 s ，满足制冷站设备在夏季的运行要求。因此，昆明新机场制 冷站的通风方案是合理的。 【参考文献】 【1 】陆耀庆实用供热空调手册( 第二版) K 】一E 京：中国建筑工业出版 社，2 0 0 7 【2 】彦启森，赵庆珠建筑热过程 M 】一E 京：中国建筑工业出版社，1 9 9 1 【3 】陶文铨数值传热学t M 西安：西安交通大学出版社，1 9 8 8 【4 】范存养大空间建筑空调设计及工程实录口咽北京：中国建筑工业 出版社，2 0 0 1 图6 制冷站x ：2 1 m 处速度矢量图 【收稿日期】2 0 1 1 - 0 3 - 1 0 ( 上接第1 0 4 页)量，降低厂区平整施工费用。经过优化后，目前挖填土方量合 6 结论 做好总图布置研究是煤制天然气项目建设过程中的重 要环节，总图平面布置和竖向设计的优化对管道走向、场地排 雨水、工艺流程顺畅、节能环保等起着至关重要的作用。并且， 在建设阶段合理地利用地形，可以大大节省土方工程量，节省 建设投资。总图布置要在符合生产流程、操作要求和使用功能 的前提下，建构筑物尽量合并、生产装置集中布置，不仅可以 经济合理有效地利用土地，还可有效降低生产运行成本，对项 目的经济效益具有重要的意义。 在伊犁新天煤制天然气项目厂址中，地形落差大，最高处 与最低处差8 0 m ，如果都按一个平面平整，挖填土方量要 4 0 0 0 l O * m 3 ，通过优化厂区布置方案，可以大幅度减少挖填方 计约ll O O xl O m ? 。仅仅通过该项目的优化研究，节省直接投 资3 亿元，并缩短工期6 个月。并且通过合理的布置，降低输 煤皮带、输气管线的投资，有效降低原材料运输的成本。通过 总图布置研究，使伊犁新天年产2 0 亿立方米煤制天然气项目 实现投资、效益、安全、环保等各方面的和谐统一。洳 【参考文献】 【1 】天然气发展“十二五”( 2 0 1 1 2 0 1 5 ) 规划 Z 】 【2 】黄艳化工企业总平面布置优选研究 D 】西安：西安建筑科技大学， 2 0 0 9 【3 】李强浅议大型煤化工项目总图布置叨化学工业，2 0 0 7 ( 8 ) ：2 2 - 2 4 【4 】甄建超总图竖向布置设计阴石油规划设计，2 0 0 6 ( 2 ) ：3 5 - 3 6 【5 S H T 3 0 5 3 - - 2 0 0 2 石油化工企业厂区总平面布置设计规范【s 【收稿日期1 2 0 1 3 0 9 2 2 1 0 7 爨H 盆 万方数据