綜合管廊內(nèi)誘導風機數(shù)值模擬研究

潘 凱

（安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司綜合管廊規(guī)劃設計研究所，安徽 合肥 230000）

1 綜合管廊通風簡介

綜合管廊為地下狹長型半封閉管線廊道，可入廊管線有電力電纜、通信電纜、給水管線、燃氣管線、熱力管線、污水管線、雨水管線、再生水管線等城市工程管線。除入廊管線外，廊內(nèi)還設有變配電箱、滅火器、排水潛污泵、風機等附屬設備。

2 管廊通風系統(tǒng)分類

綜合管廊通風的分區(qū)一般與管廊防火分區(qū)一致，長度不大于200 米。管艙采用豎井縱向集中送排風的通風方式，分段設置豎井和通風機房。綜合管廊內(nèi)通風方式共有三種，自然進排風方式、機械進排風方式以及自然進風與機械排風相結(jié)合的方式。

通風系統(tǒng)設有平時通風、事故通風及巡檢通風三種不同的工況；其中，對于非燃氣艙室事故通風為火災熄滅后啟動事故通風。根據(jù)規(guī)范，正常通風換氣次數(shù)不小于2 次/小時，事故通風換氣次數(shù)不小于6 次/小時。對于天然氣管道艙室正常通風換氣次數(shù)不小于6 次/小時，事故通風換氣次數(shù)不小于12 次/小時。

3 綜合管廊通風模型

3.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分

本次選取綜合管廊的一個艙室為研究對象，通風區(qū)間為200 米，截面高3 米，寬2 米，截面積為6 平方米。管廊頂板兩端開洞并向上伸出地面，為管廊進排風口，同時每隔20米設置誘導風機一臺，懸掛于管廊內(nèi)頂部。

本次模型對實際管廊模型進行簡化后采用SpaceClaim 三維實體直接建模軟件得到幾何模型。為建模方便，忽略艙室內(nèi)管線及其他設備，艙室簡化為長200 米，寬2 米，高3 米的長方體，兩端的通風口尺寸為邊長0.6 米的正方體，誘導風機為寬高均為0.6 米，厚度為零的正方形。

本次采用ANSYS ICEM CFD 軟件對幾何體進行六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，因為本次三維模型中誘導風機為厚度為零的平面，所以需要對誘導風機進行面-面關聯(lián)后方可劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格單元采用0.2 米，共劃分為218262 個網(wǎng)格。

3.2 邊界條件與求解

本模型選用選擇湍流模型中k-epsilon 標準模型，即選用標準的k-ε 雙方程湍流模型，流體為空氣，氣流沿Z 軸負方向，入口條件為速度入口，進口速度為3m/s。誘導風機邊界條件為fan，設置壓力跳躍值為20kpa。上部的出口邊界條件類型選擇outflow。

采用改進的求解壓力-速度耦合方程的半隱方法（the Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations-Consistent，SIMPLEC)，是協(xié)調(diào)一致的SIMPLE 算法。求解的最大相對誤差為0.1%。

4 管廊通風模擬結(jié)果分析

基于以上條件設置，采用FLUENT 流體分析軟件對綜合管廊內(nèi)設置有誘導風機情況下廊體內(nèi)氣場流態(tài)進行分析。

圖1 及圖2 為管廊縱向中心剖面圖的進排風口部分，由圖可以看出，管廊在進風口、排風口及誘導風機處風速最大，管廊頂部風速沿著流場前進方向遞減，直至到下一個誘導風機后出現(xiàn)風速突然增大。管廊進風口采用豎井式進風方式時，豎向的進風流場并未對管廊縱向形成大范圍的影響。而每隔20 米間距設置的誘導風機處在管廊頂部形成一條連續(xù)的風場。在誘導風機下方則形成了一個環(huán)流。由此可以得出，誘導風機的設置為管廊帶來了更快速的通風。誘導風機下的環(huán)流則可以帶動整個廊內(nèi)空氣的更新循環(huán)。

圖1 管廊進風口及剖面云圖

圖3 為誘導風機處管廊流場橫斷面圖，由圖可知，誘導風機處風速最大，風機周圍風速遞減，管廊中間部位風速最小。圖4 為兩個誘導風機中間部位流場橫斷面圖，由圖可以看出管廊頂部風速最大，底部次之，中間最小。同時可以看出管廊兩側(cè)的流速大于中心。

圖3 誘導風機處管廊流場橫斷面圖

圖4 兩個誘導風機中間部位管廊流場橫斷面圖

橫斷面的空氣速度場表明了管廊內(nèi)環(huán)流帶動了管廊底板及兩側(cè)處的空氣流動，便于管廊兩側(cè)及底部的管線散熱。同時，中間部位的人行通道則相對平和，這給廊內(nèi)檢修人員帶來較好的舒適感。

5 結(jié)語

通過模擬得到，設置誘導風機時管廊內(nèi)部通風更加迅速，使得誘導風機之間形成環(huán)流，導致管廊頂板及底板風速較大，而管廊中部風速最小。