某大廈空調(diào)室外機(jī)溫度場(chǎng)數(shù)值模擬

廣東美的暖通設(shè)備有限公司　鄧建云

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某大廈空調(diào)室外機(jī)溫度場(chǎng)數(shù)值模擬

廣東美的暖通設(shè)備有限公司鄧建云

本文對(duì)某大廈空調(diào)室外機(jī)溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，并發(fā)現(xiàn)原方案機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，根據(jù)數(shù)值分析，通過(guò)對(duì)風(fēng)管出風(fēng)方向的改變以及機(jī)組位置的布置，達(dá)到提高外機(jī)的換熱效果，優(yōu)化運(yùn)行環(huán)境。

室外機(jī)；溫度場(chǎng)；數(shù)值模擬

1.控制方程及邊界條件

本文討論的問(wèn)題簡(jiǎn)化為三維、不可壓縮、穩(wěn)態(tài)、湍流的物理過(guò)程，控制方程如下：

2.物理模型

對(duì)于模擬多樓層室外機(jī)溫度場(chǎng)耦合計(jì)算時(shí)，只取9層樓室外機(jī)計(jì)算其溫度場(chǎng)。對(duì)問(wèn)題求解起到一定簡(jiǎn)化作用，同時(shí)又不失結(jié)果的可靠性。第6、7、9～14層、分別依次放置16HP、14HP、14HP、10HP、14HP、16HP六臺(tái)外機(jī)；第8層依次放置16HP、14HP、14HP、10HP、10HP、16HP六臺(tái)外機(jī)。

圖1　物理模型

3.邊界條件設(shè)置

在物理模型的邊界條件按以下方法進(jìn)行：所有機(jī)器單個(gè)風(fēng)輪風(fēng)量為均為7000m3/h，大氣外環(huán)境溫度為35℃，外機(jī)設(shè)定為內(nèi)熱源（Source Term-Energy），其散熱量按照下述方法求?。簩?duì)于16HP外機(jī)，每臺(tái)外機(jī)的體積熱源為：31440W/m3；而對(duì)于14HP外機(jī)，每臺(tái)外機(jī)的體積熱源為：27959W/m3；對(duì)于10HP外機(jī)，每臺(tái)外機(jī)的體積熱源為：19550W/m3；模擬過(guò)程中取環(huán)境風(fēng)速為0 m/s。

圖2　溫度場(chǎng)（縱向剖面/橫向剖面）

圖3 速度矢量圖（縱向剖面/橫向剖面）

4.計(jì)算結(jié)果及分析

模擬結(jié)束后，風(fēng)散的流量如第一樓第一臺(tái)外機(jī)兩個(gè)風(fēng)輪的流量分別為：6935.5m3/h，7317.6 m3/h。其余外機(jī)的設(shè)置與之相同，夠滿足每個(gè)風(fēng)輪7000 m3/h的標(biāo)準(zhǔn)。

4.1溫度場(chǎng)分布（見(jiàn)圖2）

4.2速度場(chǎng)分布（見(jiàn)圖3）

4.3模擬結(jié)果分析能

表1　6～10樓層外機(jī)回風(fēng)面溫度

由溫度場(chǎng)和速度矢量圖以及回風(fēng)溫度表可以看出：（1）機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，尤其是1～4號(hào)機(jī)，由于玻璃木墻的阻擋，導(dǎo)致1號(hào)機(jī)器左邊的外界新風(fēng)回流相當(dāng)少，在角落處形成閉循環(huán)（如圖中紅色箭頭所示），換熱相當(dāng)惡劣。（2）隨著樓層的升高雖然5、6號(hào)機(jī)回風(fēng)溫度并不是很高，但1～4號(hào)機(jī)的回風(fēng)面溫度是越來(lái)越高的。

5.改善方案

從模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)需要對(duì)原方案進(jìn)行優(yōu)化，改善外機(jī)運(yùn)行環(huán)境。這里只取6～9層作為計(jì)算對(duì)象進(jìn)行模擬分析，四臺(tái)并排放置的機(jī)組編號(hào)分別為1、2、3、4號(hào)機(jī)，出風(fēng)風(fēng)道改為圓弧型，與外力墻成45°這樣做的目的能夠?qū)@四臺(tái)機(jī)組的回風(fēng)通道變大，有利于外機(jī)的散熱。同時(shí)并讓1、2號(hào)機(jī)往3、4號(hào)機(jī)方向移動(dòng)些距離，2、3號(hào)機(jī)之間的距離為500mm，其他機(jī)組間距離為200mm。如圖4所示。

圖4　俯視圖，紅色箭頭代表出風(fēng)方向（左邊為原直風(fēng)管——修改前，右邊為加圓弧風(fēng)管斜出風(fēng)——修改后）

5.1計(jì)算結(jié)果及分析

模擬結(jié)束后，單個(gè)風(fēng)扇的流量6640m3/h。其余外機(jī)的設(shè)置與之相同，能夠滿足每個(gè)風(fēng)輪7000 m3/h的標(biāo)準(zhǔn)（未考慮損失）。

5.2溫度場(chǎng)（見(jiàn)圖5）

圖5　溫度場(chǎng)（縱向剖面/橫向剖面）

圖6　速度矢量圖（縱向剖面/橫向剖面）

5.3速度矢量場(chǎng)（見(jiàn)圖6）

5.4模擬結(jié)果分析

改善方案各外機(jī)回風(fēng)面平均溫度列入下表：

表2　6～9樓層外機(jī)回風(fēng)面溫度

由計(jì)算溫度云圖和上表中計(jì)算結(jié)果可以看出：

可以發(fā)現(xiàn)通過(guò)方案的優(yōu)化：

（1）由于風(fēng)道出風(fēng)方向的改變以及四臺(tái)機(jī)組盡量往不銹鋼煙囪的方向靠攏，由速度矢量圖可以看出1號(hào)機(jī)左面的玻璃木墻沒(méi)有很明顯的擋住外界大氣對(duì)機(jī)組的回風(fēng)，如圖中箭頭所示，外界氣流能夠比較好的補(bǔ)充外機(jī)器的回風(fēng)。

（2）較原方案外機(jī)的回風(fēng)面溫度明顯降低，回風(fēng)溫度在37°～42°不等，外機(jī)的運(yùn)行環(huán)境得到改善。

6.總結(jié)

通過(guò)對(duì)某大廈空調(diào)室外機(jī)溫度場(chǎng)數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)原外機(jī)安裝方式下，機(jī)組運(yùn)行環(huán)境相當(dāng)惡劣，外機(jī)的回風(fēng)面溫度隨著樓層的升高越來(lái)越高，通過(guò)優(yōu)化外機(jī)的出風(fēng)風(fēng)道方向及外機(jī)位置適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，外機(jī)的運(yùn)行環(huán)境得到改善。在空調(diào)設(shè)計(jì)安裝過(guò)程中可以借鑒參考。

［1］楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，20O6.

［2］江帆，黃鵬.Fluent高級(jí)應(yīng)用與實(shí)例分析［M］.北京:清華大學(xué)出版社，20O8.

［3］王福軍.計(jì)算流體力學(xué)分析—CFD軟原理與應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，20O7.

鄧建云（1977—），男，四川江油人，畢業(yè)于重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院、制冷及低溫技術(shù)專(zhuān)業(yè)，碩士，廣東美的暖通設(shè)備有限公司開(kāi)發(fā)二部部長(zhǎng)，研究方向：中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。