大空间纺织厂房管道送风均匀性数值模拟研究.pdf
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1、第 51 卷 第 9 期2023 年 9 月Cotton Textile Technology大空间纺织厂房管道送风均匀性数值模拟研究王凤超1 高杰2 张利瑶1 汪虎明2 王利军1 陈文滔1(1.中国矿业大学,江苏徐州,221116;2.江苏精亚集团有限公司,江苏无锡,214466)摘要:为进一步探究大空间工业厂房的均匀送风方法,以纺织车间实际送风管道结构为基础,运用数值模拟研究方法,对纺织车间管道送风过程进行研究,在确定不同叶片开度的单送风口阻力系数的基础上,以送风流速为评价标准,分析叶片开度对送风均匀性的影响。结果表明:送风口阻力系数与叶片开度密切相关,与雷诺数关系较小;主管压力呈线性变化
2、,且每个风口之间的主管进出口静压差约为-2.5 Pa;经过叶片开度的调节,管道送风均匀性误差可保持在 20%以内。认为:通过改变不同送风口的叶片开度,可调节送风主管的压力分布,实现大空间工业厂房管道的均匀送风。关键词:大空间工业厂房;管道送风系统;送风均匀性;叶片开度;阻力系数中图分类号:TS108.6 文献标志码:B 文章编号:1000-7415(2023)09-0029-05Numerical simulation research on uniformity of pipeline air supply in textile large space workshopWANG Fengch
3、ao1 GAO Jie2 ZHANG Liyao1 WANG Huming2 WANG Lijun1 CHEN Wentao1(1.China University of Mining and Technology,Xuzhou,221116,China;2.Jiangsu Jingya Group Co.,Ltd.,Wuxi,214466,China)Abstract In order to further explore the uniform air supply method of large space industrial workshop,based on the actual
4、air supply duct structure of textile workshop,numerical simulation research methods were used to study the air supply process in a large space textile workshop.On the basis of determining the resistance coefficient of a single air supply outlet with different blade openings,the air supply flow speed
5、 was used as the evaluation standard,the influence of blade opening on the uniformity of air supply was analyzed.The results showed that the resistance coefficient of air supply outlet was closely related to the blade opening,and was less related to Reynolds number.The pressure of the main pipe vari
6、ed linearly,and the static pressure difference between the inlet and outlet of the main pipe between each air outlet was about-2.5 Pa.After adjusting the blade opening,the uniformity of pipeline air supply could be maintained within 20%.It is considered that the pressure distribution of the air supp
7、ly main pipe can be adjusted by changing the blade opening of different air supply outlets to achieve uniform air supply in the large space textile workshop pipeline.Key Words large space industrial workshop,pipeline air supply system,uniformity of air supply,blade opening,resistance coefficient随着纺织
8、业的不断发展,我国形成了高度集中的大规模纺织生产模式。此种模式下,纺织车间的空间较大,单个车间的设计规模常在 8 万锭以上1,单侧送风距离可达 80 m2,送风距离远、送风流量大对空气调节系统的要求很高。目前,包括纺织车间的大空间工业厂房空调系统均采用全面空调系统,在温度调控和节约能源方面取得了较好的效果。为进一步优化大空间工业厂房的空调系统,国内外学者进行了大量研究。SIMMONDS P等3通过理论分析及现场实测研究了高大空间分层空调技术,通过优化风口参数的方式提高了运行节能及热舒适性。张翔4结合三峡电站主厂房发电机层空调热态模型试验对高大空间空调技术的应用进行了研究。杨露露5根据相似理论建
9、立厂房模型并进行试验,结果表明:送风速度和送风口直径对空气分布特性有明显影响。孙燕6采用CFD 数值模拟方法研究了高大中庭空调气流组织的热舒适性,并研究了送风角度和方式对室内OSID码基金项目:江苏省自然科学基金(BK20200657)作者简介:王凤超(1990),男,副教授,收稿日期:2023-03-16】【29第 51 卷 第 9 期2023 年 9 月Cotton Textile Technology热环境的影响。刘晓雨等7对大空间的航站楼候机厅进行了数值模拟研究,结果表明航站楼中围护结构形成的冷负荷占比较小且顶部不能设置排风口。梁超等8以航站楼等高大空间为例进行分析,获得了高大空间内更
10、为详细的参数分布,并根据能量平衡关系获得高大空间负荷减小的规律。赵楠楠等9分析了纺织轴流风机在多风机并联情况下的风机性能参数变化规律,得出多风机并联运行的设计、运行规律及优化方法,使送风系统高效安全运行。耿宇等10通过改变工业厂房送风口的高度和送风角度,发现风口高或送风角度向上可以有较远的送风距离,但是工作区颗粒物浓度高,而较高风口选择向下送风角度工作区颗粒物浓度大幅降低。上述研究从空调结构和送风方式角度给出了优化空调系统的建议,但缺乏对送风口阻力系数的研究,也未对管道送风均匀性进行探索,限制了空调系统性能的进一步优化。因此,本研究基于设计的送风管道及送风口的结构尺寸,建立三维数值模型,并以实
11、际送风量为计算边界条件,开展送风过程数值计算,分析送风叶片的开度对送风口阻力系数的影响,进而通过调节送风叶片开度,实现大空间纺织车间管道送风的均匀性。1 送风口阻力系数研究1.1数值建模送风口结构取自江苏精亚集团有限公司设计的全面空调系统,由送风主管和送风口组成。如图 1 所示,送风主管内设置与送风口平滑过渡的入口过渡片,送风口内设置梯形分流板和角度可调送风叶片。为等比例还原送风结构,本研究的仿真结构参数与精亚集团的实物保持一致,送风口主管的尺寸为 2.0 m1.0 m0.8 m,送风口的尺寸为 0.970 m0.205 m0.620 m。此外,送风口内设置为 7个梯形分流板,固定不能活动;送
12、风口内设置为 1个送风叶片,角度可 180调节。为模拟实际工作状态下的管道送风状态,主管入口的边界条件设置为速度入口,风速由工业实际送风量和入口尺寸确定,因此,入口风速确定为 3.5 m/s。送风口的边界条件设置为压力出口,压力值选取为标准大气压。湍流模型使用 kepsilon模型,壁面函数使用 SWF 函数,压力速度耦合使用 SIMPLE算法,各项残差设置为 10e-4。1.2模拟结果与数据处理1.2.1阻力系数的计算方法送风叶片开度为 90 的送风口气流速度云图如图 2所示。气流进入送风口后,先经过整流板,局部速度增加,进而穿过送风叶片,速度均匀性提高,送风口内的气流速度范围在3.2 m/
13、s3.8 m/s。此外,送风主管气流全部进入送风口,主管右侧处于无风区。为计算送风口的阻力系数,需要在主管入口和送风口出口取 11和 22两个缓变流截面,列出气体的伯努利方程,如式(1)所示。其中,局部损失项 hw可由公式(2)计算。p1g+v212g=p2g+v222g+hw(1)hw=v222g(2)式中:p1、p2分别是 11和 22缓变流截面的压强,v1、v2分别是11和22两个缓变流截面的气流速度,g是重力加速度,是空气密度,为阻力系数。图 1送风口结构图图 2送风口气流速度云图】【30第 51 卷 第 9 期2023 年 9 月Cotton Textile Technology根据
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