基于CFD數(shù)值模擬技術(shù)的大型鋼鐵廠房自然通風(fēng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究——以某硅鋼熱源廠房建筑為例.pdf

1、建筑在建造和使用的過程中消耗了大量的能源，工業(yè)建筑的能耗占了相當(dāng)比例。大型鋼鐵工業(yè)廠房體積大，并且內(nèi)部存生產(chǎn)性熱源，廠房在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的余熱、余濕和有害氣體，嚴(yán)重影響工人的工作環(huán)境和儀器的正常使用。如果這些影響環(huán)境的不利因素全部靠機(jī)械排風(fēng)解決的話將會(huì)產(chǎn)生大量的能耗。自然通風(fēng)通風(fēng)量大，能有效改善工廠內(nèi)部的熱環(huán)境，同時(shí)自然通風(fēng)作為一種零能耗的通風(fēng)方式可以節(jié)約常規(guī)能源，減少對(duì)環(huán)境的污染。隨著對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求和工作生活品質(zhì)要求的提高，工人

2、對(duì)廠房?jī)?nèi)部工作環(huán)境的要求也越來越高。很多廠房都選擇自然通風(fēng)的方式以節(jié)約廠房運(yùn)行的成本，然而廠房建筑設(shè)計(jì)人員往往僅憑經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范來進(jìn)行自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，實(shí)地測(cè)量表明廠房建造出來之后，其通風(fēng)的效果不一定能滿足工人工作需要和儀器運(yùn)行需要。
　　 大型鋼鐵工業(yè)廠房其內(nèi)部有大量生產(chǎn)性熱源，由自然通風(fēng)的原理得知熱壓通風(fēng)是廠房的主要通風(fēng)形式。為避免進(jìn)氣短流現(xiàn)象，應(yīng)盡量降低中和面的高度使中和面位置靠近熱源。這樣做可以使得室外的新鮮空氣盡量流經(jīng)熱源帶走

3、余熱。降低中和面的高度可以通過增加進(jìn)、排風(fēng)口的高差來實(shí)現(xiàn)。增加排風(fēng)口的高度會(huì)使得排風(fēng)壓力加大，排風(fēng)壓力加大意味著排風(fēng)口的面積減小。排風(fēng)口的面積大小的確定對(duì)廠房的工程造價(jià)，降低土建工程投資起一定的作用。不言而喻，在廠房設(shè)計(jì)之前對(duì)進(jìn)排風(fēng)口高度和面積等參數(shù)的確定有較大意義。確定在減少工程造價(jià)的同時(shí)，如何讓廠房自然通風(fēng)的效果達(dá)到最優(yōu)是本次課題研究的主要目的，這對(duì)廠房的結(jié)構(gòu)和通風(fēng)設(shè)計(jì)會(huì)起一定的理論指導(dǎo)作用。
　　 本文針對(duì)大型鋼鐵工業(yè)廠房

4、建筑，采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，利用標(biāo)準(zhǔn)k-湍流模型對(duì)其自然通風(fēng)情況進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)廠房?jī)?nèi)部不同斷面的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)進(jìn)行分析，模擬數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比比較吻合，驗(yàn)證了模型的可靠性，同時(shí)分析廠房?jī)?nèi)部通風(fēng)存在的問題，對(duì)比實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)廠房進(jìn)、排風(fēng)口的各項(xiàng)參數(shù)提出優(yōu)化設(shè)計(jì)意見。
　　 在調(diào)研的多個(gè)廠房中筆者最終選擇一個(gè)廠房通風(fēng)環(huán)境較差的典型案例進(jìn)行優(yōu)化改造。經(jīng)過數(shù)值模擬之后發(fā)現(xiàn)，由于該廠房的進(jìn)、排風(fēng)口設(shè)計(jì)不合理，廠房?jī)?nèi)熱環(huán)境存在很大的問

5、題。本文針對(duì)進(jìn)、排風(fēng)口的標(biāo)高和面積這兩個(gè)廠房建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)提出改進(jìn)方案。第一、三改進(jìn)方案分別針對(duì)排、進(jìn)風(fēng)口高度進(jìn)行優(yōu)化，分別改變排、進(jìn)風(fēng)口的標(biāo)高，得出廠房不同斷面溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的變化，得出結(jié)論：提高排風(fēng)口的高度有利于廠房的自然通風(fēng)，這一點(diǎn)與文獻(xiàn)吻合。第二、四改進(jìn)方案分別針對(duì)排、進(jìn)風(fēng)口面積進(jìn)行優(yōu)化，分別改變排風(fēng)口的面積，得出廠房不同斷面溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的變化，得出優(yōu)化方案。結(jié)合四個(gè)不同的優(yōu)化結(jié)果，逐步得出廠房最佳自然通風(fēng)設(shè)計(jì)方案。研究的結(jié)果對(duì)