CFD在曝气沉砂池集气罩通风设计中的应用张伟

CFD张　伟1,2,　郭春梅2,　张志刚2,　吕祥翠2(1.天津大学机械工程学院,天津300072;2.天津城市建设学院能源与机械工程系,天津300384)　　　:　在现代大型封闭构筑物中,为获得理想和有效的内部空气环境,解决好由机械通风产生的气流形态与构筑物几何边界参数之间的关系十分重要。计算流体动力学(CFD)是解决该问题的一种有效手段。采用标准k-ε双方程湍流模型对曝气沉砂池集气罩内的三维湍气流进行了数值模拟,研究了进风口形式、位置、尺寸以及排风口位置等几何边界参数对速度场的影响。结果表明,排风口位置对罩内速度场的影响不明显,当采用条缝式全周长进风口形式时,罩内工作区的气流形态和均匀性最佳。此外,增加排风量可明显提高集气罩内的流速。　　:　曝气沉砂池;　集气罩;　通风设计;　数值模拟;　计算流体动力学:X703.1　　:C　　:1000-4602(2006)07-0097-04ApplicationofCFDinVentilationDesignofGas-collectingHoodofAeratedGritChamberZHANGWei1,2,　GUOChun-mei2,　ZHNAGZhi-gang2,　LVXiang-cui2(1.SchoolofMechanicalEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China;2.Dept.ofThermalandMechanicalEngineering,TianjinInstituteofUrbanConstruction,Tianjin300384,China)　　Abstract:　Intheinterestofdesigninganefficientandacceptableindoorairenvironmentinbigen-velopedstructures,itisimportanttoresolvetherelationshipbetweenthegeometricboundaryparametersandtheairflowpatternsproducedbymechanicalventilation.Computationalfluiddynamics(CFD)isaneffectivetooltosettlethisproblem.Therefore,anumericalsimulationon3-Dairturbulentflowinagas-collectinghoodofanaeratedgritchamberwascarriedoutusingstandardk-εtwo-equationturbulencemode.lTheeffectsofseveralfactors,includingshape,locationandsizesofintakes,locationofventetc.,onthevelocityfieldswereinvestigated.Theresultsshowthatthelocationofventhaslittleeffectonthevelocityfield,anddesirableairflowpatternisachievedinthecaseofairinflowingthroughfullfour-sideslotintake.Furthermore,strengtheningventilationcanimprovevelocityingas-collectinghood.　　Keywords:　aeratedgritchamber;　gas-collectinghood;　ventilationdesign;　numericalsimu-lation;　CFD　　,。,,[1、2]。,,,T,、。97第22卷　第7期2006年4月　　　　　　　　　　　　中国给水排水CHINAWATERWASTEWATER　　　　　　　　　　　　　Vo.l22No.7Apr.2006,,,。,,,,。,[3～6],(CFD),。CFD,、,。1　CFD模型1.1　(1)。1　Fig.1　Diagramofgas-collectinghood34m,11m,2m,1m。31m×8m,1.5m,,0.3m。:12℃,35℃,16℃。,500m3/h。、、,、。5000m3/h,,400mm,11.06m/s,,(H)。,,δ。1.2　,:①,,;②;③,;④、、。1.2.1　Reynolds。ReynoldsReyn-olds,,Reynolds。ChenSpeziale[4],k-εRNGk-ε。k-ε,[7]。1.2.2　①　,:u=v=w=0(u、v、wx、y、z),(k)(ε)。,,,。LaunderSpalding。②　,11.06m/s,()、35℃[8],(mA)5.41×10-3kg/(m2h),82m3/h,、82m3/h,:u=v=0,w=0.000927m/s。kε(1)、(2):　k=32(uavgI)2(1)　ε=C341k32l(2)　uavg———　I———,0.16Re-18　l———98第7期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水　　　　　　　　　　　　　　　　　　第22卷　C1———,0.09,,,,2。SIMPLE()。2　Fig.2　Hexahedralgridsincomputationdomain2　数值模拟结果与分析,(H),y1m1.5m;,AB、BCCD(3)AB、BC、CDDA(4);,δ5、7.510cm,。2.1　4,δ5cm,0.256m/s。,:z=1.6m(),y=0。3。3　H=1mH=1.5mFig.3　FlowfieldsontypicalsectionswhenH=1mandH=1.5m,y。,,,。2.2　δ5、7.510cm,0.256、0.1720.129m/s;(H)1m,4。z=1.6m4。4　Fig.4　Velocitycontoursatdifferentheightofinlet　　,,,。2.3　,43,99第7期张　伟,等:CFD在曝气沉砂池集气罩通风设计中的应用第22卷。H=1m、δ=5cm,3,5。5　3Fig.5　Streamlinesandvelocitycontoursontypicalsectionswhenairintakingfromthreesides53,4,z=1.6m,;3,,,。,3,4。2.4　,,、,,,,H=1.0m、δ=5cm、4。1z=1.6m25%。1　、z=1.6mTab.1　Variationofvelocitymagnitudesonsectionz=1.6mbeforeandafterflowrateincreasey=4my=4.5my=5mx=00.079/0.1600.123/0.2500.289/0.583x=4m0.029/0.0670.031/0.0730.030/0.072x=8m0.025/0.0560.024/0.0580.022/0.053x=12m0.025/0.0610.028/0.0710.028/0.074x=15.5m0.034/0.0920.044/0.1040.026/0.057x=16m0.02/0.0520.024/0.0530.017/0.036x=16.5m0.017/0.0470.016/0.0410.015/0.036　:　;“/”。　　1,,。3　结论①　,(),。②　、,。③　3,4,,4。,。④　。:[1],MarkvanLoosdrech.tDOKHAVEN[J].,2003,29(10):19-25.[2]　.[M].:,2001.[3]　PosnerJD,BuchananCR,DunnRankinD.Measure-mentandpredictionofindoorairflowinamodelroom[J].EnergyandBuildings,2003,35:515-526.[4]　ChenQ.Comparisonofdifferentk-εmodelsforindoorairflowcomputations[J].NumericalHeatTransfer,1995,28:353-369.[5]　ChowWK,FungWY.Numericalstudiesontheindoorairflowintheoccupiedzoneofventilatedandair-condi-tionedspace[J].BuildingandEnvironment,1996,31:319-344.[6]　,,.[J].,2003,3:102-104.[7]　,.、[M].:,1988.[8]　.[M].:,2003.:[phone]E-mail:[e-mail]:2005-11-22100第7期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水　　　　　　　　　　　　　　　　　　第22卷