地下水泵房室内气流组织的数值模拟

1、地下水泵房室内气流组织的数值模拟1 引言工业生产过程中， 大型生产设备的冷却多以循环水的方式实 现。作为冷却介质动力源一一水泵，在其运行中产生大量的余热， 若地下水泵房内的余热不能及时有效的排出， 在严酷夏季等环境 时，因设备散发热量的累积，致使温度分布不均、甚至局部温度 升高。泵房内的高温环境不仅会加速电气的绝缘老化， 造成电气 设备失灵， 甚至可能造成设备的过热烧坏， 地下泵站的通风问题 受到关注。近年来， 对地下建筑室内气象参数展开了广泛的研究， 取得 了一系列的研究成果。 就地下泵房来说， 受室内各种管道布置的 影响，难以采用局部通风的方式消除余热， 所以采用全面通风的 方式来调节室内

2、温度已普遍的被工程实际应用， 泵站设计规范对 其泵房内的空气参数做了明确严格的规定， 现有文献多数研究泵 房内的气流组织， 且仅原则性的提出了各种方案， 但是对于泵房 内电动机层工作地带和水泵层的温度分布的研究偏少。 本文采用 计算流体力学（CFD的方法，对某地下水泵房进行数值模拟， 结合工程设计实际， 通过三种方案对比， 提出更合理的通风方案。2 模型描述2.1 几何模型本文选取某工程的地下水泵房的作为研究对象， 泵房建筑形 式，建筑物、设备尺寸等均为工程设计的值，本文根据数值模拟 的需要做了适当的简化。水泵房的长X宽X高：35mK 13mK 9m,其中地坪以下为4m泵房内单级双吸离心泵共

3、5台，单台功率N=315kW/380V卧式 水泵(电机)中心标高为 -3.080m ，水泵基础高度为 -3.750m ，管 道中心高度-3.200m。水泵的散热量按单台Q=15kW考虑。水泵房 的平面图及几何模型如图 1、图 2所示。2.2 理论模型2.2.1 控制方程室内的空气运动中满足气体连续方程、动量方程和能量方 程。2.2.1.1 连续方程2.2.1.2 动量方程2.2.1.3 能量方程2.2.2 湍流模型1 ) 室内零方程模型Che n等人提出一种新的零方程模型用以解决通风空调房间 气流组织的数值计算问题。2) RNG k-模型RN導法从暂态Navier-Stokes方程得出湍流能量

4、k及其耗散率的RNG湍流模型。3 数值模拟3.1 边界条件及预期值 气象参数选用该项目所在地的室外空气参数作为计算的依据。室外通风计算温度是 30.4 C,风速是2.7m/s，最热月相对 湿度是 64%，夏季主导风向为西南。根据规范要求，地下式或半地下式泵房的水泵层温度33C, 相对湿度80%电动机层工作地带的温度不能超过 32.4 C （室 外温度+2C），相对湿度75%根据工程设计的需要， 本文分别从自然通风、 机械送风自然 排风、自然进风机械排风等三种通风方式讨论。本工程设计时， 机械送风或排风的工程设计风量约为30000m3/h。3.2 模拟结果分析3.2.1 自然通风通过窗下的百叶窗

5、进风， 由屋顶设置风帽来排风实现自然通风。从X方向典型断面云线图中看出，泵房内的温度分布较均匀， 观察到气流略有热浮上升的现象。Y方向上水泵工作层的温度分布亦较均匀，但温度均值约为 47C高于限值。说明自然通风不 足以消除室内设备运行产生的余热。3.2.2 机械排风自然进风由窗下百叶窗进风， 屋顶设置排风机实现机械排风。 结合温 度云线图看出，X方向上气流受负压的作用，呈现出明显的上升 趋势。Y方向上室内温度分布明显较自然通风有所改善，水泵工 作层的温度分布较为均匀。 说明室内气流在屋顶风机负压的驱动 下，室内两侧冷风下沉，热气流上升，对室内气流温度的降低有 利。3.2.3 机械送风自然排风本

6、文的机械送风是由边墙风机通风风管送至室内工作面， 之 后又窗下百叶排出。 从温度云线图可知， 水泵工作层的气流温度 受风口射流的作用，温度分布呈现出较为明显的条状分布特征， 且冷气流直接作用于散热设备的附近空气，通过直接(或间接) 热交换，更能容易的排出室内的余热。3.2.4 平均温度场分布结合上述通风方式、 各断面云线图和各平均温度场分布， 对 于地下水泵房， 当室内设备散热量较大时， 仅由自然通风难以满 足泵房内的通风需要。 当通风系统的风量满足时， 无论采用机械 送风还是机械排风的通风方式， 均能基本满足设计要求。 而在相 同的通风量下，机械送风的方式为最佳。4 结论 本文结合工程设计实际，对于地下式水泵房，就自然通风、 机械排风、机械送风的三种通风方式， 通过 Airpak 的模拟计算， 可得出如下结论：1) 自然通风的方式难以消除泵房内的的余热， 水泵工作层 的温度高但分布较为均匀，该环境下对水泵运行不利。2) 在相同的通风量下， 机械送风的通风方式略优于机械排 风的通风方式，且当自