丁茹 朱培根 韋煒致 陳琦

1 中國(guó)人民解放軍陸軍工程大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院

2 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院

對(duì)于暗室高大空間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，國(guó)外目前主要以計(jì)算機(jī)模擬仿真為主要手段[1-3]，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，無(wú)動(dòng)力（微動(dòng)力）除塵技術(shù)，或與通風(fēng)空調(diào)結(jié)合起來(lái)，在排除工程內(nèi)有害氣體的同時(shí)，排除灰塵、余熱余濕，并控制送回風(fēng)速度，合理布置送回風(fēng)口，以控制其工程內(nèi)噪聲。

1 工程介紹

暗室主體尺寸為23 m×10 m×10 m（長(zhǎng)×寬×高），側(cè)墻及頂棚吸波材料高度為900 mm，暗室內(nèi)溫度要求在20 ℃±5 ℃，反 射板區(qū)域溫度梯度要求保持在0.1 ℃/m以內(nèi)，用以驗(yàn)收/鑒定/高精度測(cè)試。

經(jīng)計(jì)算，該暗室夏季空調(diào)負(fù)荷Q夏=5.8865 kW，冬季空調(diào)負(fù)荷Q冬=-7.848 kW。

2 方案分析

因?yàn)榉瓷浒鍏^(qū)域溫度梯度要求保持在0.1 ℃/m以內(nèi)，所以送風(fēng)溫差不宜過(guò)大，氣流組織形式要求反射板區(qū)域的溫度場(chǎng)均勻。

2.1 方案I

方案I采用10個(gè)送風(fēng)口，10個(gè)排風(fēng)口，送風(fēng)溫差為1 ℃，采 用中間送風(fēng)、兩側(cè)回風(fēng)的送回風(fēng)方式，風(fēng)口布置位置如圖1。

圖1 方案1風(fēng)口布置三維圖

夏季送風(fēng)溫差取1 ℃，則送風(fēng)溫度tx= 19.0 ℃，送風(fēng)量Lx=Qx/(c·pρ·△t)=5.14 m3/s。

送回風(fēng)口選用 600 mm×600 mm 的波導(dǎo)窗各 10個(gè)，有效流量系數(shù)為0.75，送風(fēng)口迎面風(fēng)速為1.43 m/s，過(guò) 流風(fēng)速為1.90 m/s，則空調(diào)換氣次數(shù)n=L/V=5.14×3600/(10×10×23)=8.0次/h。

夏季通風(fēng)空調(diào)方案模擬結(jié)果見(jiàn)圖2～3，由圖可見(jiàn)反射板區(qū)域溫度梯度在0.1 ℃/m以內(nèi)，符合技術(shù)要求。

圖2 方案I夏季溫度模擬X軸2.1 m處剖面圖

圖3 方案I夏季溫度模擬Z軸8.0 m處剖面圖

冬季送風(fēng)溫差 1 ℃，則送風(fēng)溫度td=21.0 ℃，送風(fēng)量。

送回風(fēng)口選用 600 mm×600 mm 的波導(dǎo)窗各 10個(gè)，有效流量系數(shù)為0.75，送風(fēng)口迎面風(fēng)速為1.85 m/s，過(guò)流風(fēng)速為2.47 m/s，對(duì)應(yīng)的空調(diào)換氣次數(shù)。

冬季通風(fēng)空調(diào)方案模擬結(jié)果見(jiàn)圖4～5，由圖可見(jiàn)反射板區(qū)域溫度梯度在0.1℃/m以內(nèi)，符合技術(shù)要求。

圖4 方案I冬季溫度模擬X軸2.1 m處剖面圖

圖5 方案I冬季溫度模擬Z軸8.0 m處剖面圖

2.2 方案II

方案I符合要求，但是送風(fēng)溫差小，送風(fēng)量大，換氣次數(shù)大，送回風(fēng)口共20個(gè)。為了減少送風(fēng)量，方案 II相比方案I提高送風(fēng)溫差至 2 ℃。仍采用10 個(gè)送風(fēng)口、10個(gè)排風(fēng)口的送回風(fēng)形式，把距反射板最近的 4個(gè)送風(fēng)口位置沿X軸正向移動(dòng) 2m，其余送回風(fēng)口位置不變。

夏季送風(fēng)溫差取 2 ℃，送風(fēng)溫度tx=18.0 ℃，送風(fēng)量。

送回風(fēng)口選用 600 mm×600 mm 的波導(dǎo)窗各 10個(gè)，有效流量系數(shù)為0.75，送風(fēng)口迎面風(fēng)速為0.71 m/s，過(guò) 流風(fēng)速為0.95 m/s，空調(diào)換氣次數(shù)

圖6則為方案II夏季溫度模擬X軸2.1 m 處的剖面圖。

圖6 方案II夏季溫度模擬X軸2.1 m處剖面圖

冬季送風(fēng)溫差取 2 ℃，送風(fēng)溫度td= 22.0 ℃，送風(fēng)量。

送回風(fēng)口選用 600 mm×600 mm 的波導(dǎo)窗各10個(gè)，有效流量系數(shù)為0.75，送風(fēng)口迎面風(fēng)速為0.93 m/s，過(guò)流風(fēng)速為1.24 m/s，對(duì)應(yīng)的空調(diào)換氣次數(shù)。

圖7則為方案II冬季溫度模擬 Y軸 7.5 m 處剖面圖。

圖7 方案II冬季溫度模擬Y軸7.5 m處剖面圖

2.3 方案III

分析方案 II 可知，由于送風(fēng)口出風(fēng)速度小，送風(fēng)口距離反射板近，導(dǎo)致反射板區(qū)域溫度梯度過(guò)大，因此方案 III 采用 8 個(gè)送風(fēng)口、10 個(gè)排風(fēng)口的送回風(fēng)形式，送風(fēng)口 X 軸坐標(biāo)依次為9 m，14 m，送風(fēng)溫差還是2℃。

夏季送風(fēng)溫差取 2 ℃，送風(fēng)溫度tx=18.0 ℃，送風(fēng)量。

送風(fēng)口選用 600 mm×600 mm 的波導(dǎo)窗 8 個(gè)，回風(fēng)口選用 600 mm×600 mm的波導(dǎo)窗 10 個(gè)，有效流量系數(shù)為0.75，送風(fēng)口迎面風(fēng)速為0.89 m/s，過(guò)流風(fēng)速為1.20 m/s，空調(diào)換氣次數(shù)=4.0次/h。

圖8 則為方案 III 夏季溫度模擬 X 軸 2.1 m 處剖面圖。

圖8 方案III夏季溫度模擬X軸2.1 m處剖面圖

送風(fēng)口選用 600 mm×600 mm 的波導(dǎo)窗 8 個(gè)，回風(fēng)口選用 600 mm×600 mm的波導(dǎo)窗 10 個(gè)，有 效流量系數(shù)為0.75，送風(fēng)口迎面風(fēng)速為1.16 m/s，過(guò)流風(fēng)速為1.54 m/s，對(duì)應(yīng)的空調(diào)換氣次數(shù)n=L/V=6.65×3600/(10×10×23)=5.2次/h。

圖9 則為方案 III 冬季溫度模擬 Y 軸 7.5 m 處剖面圖。

圖9 方案III冬季溫度模擬Y軸7.5m處剖面圖

2.4 方案IV

分析可知，方案III送風(fēng)溫差偏大，送風(fēng)量小，換氣次數(shù)不夠。因此方案IV加大送風(fēng)量，夏季取換氣次數(shù)為5次/h，冬季換氣次數(shù)取6次/h，送回風(fēng)方式與方案III相同，即8個(gè)送風(fēng)口、10個(gè)回排風(fēng)口的送回風(fēng)形式。

夏季計(jì)算得到送風(fēng)溫度tx=18.53℃，空調(diào)送風(fēng)量Lx= 2300×5=11500 m3/h。

送風(fēng)口選用600 mm×600 mm 的波導(dǎo)窗 8 個(gè)，回風(fēng)口選用 600 mm×600 mm的波導(dǎo)窗 10 個(gè)，有 效流量系數(shù)為0.75，送風(fēng)口迎面風(fēng)速為1.11 m/s，過(guò)流風(fēng)速為1.48 m/s。

夏季通風(fēng)空調(diào)方案溫度模擬結(jié)果如圖 10，由圖可見(jiàn)，暗室內(nèi)空氣溫度在20 ℃±5 ℃內(nèi)，反射板區(qū)域溫度梯度在0.1 ℃/m以內(nèi)，符合技術(shù)要求。

圖10 方案IV夏季溫度模擬X軸2.1 m處剖面圖

冬季計(jì)算得到送風(fēng)溫度td= 21.68 ℃，空調(diào)送風(fēng)量Lx=2300×6=13800 m3/h。

送風(fēng)口選用600 mm×600 mm的波導(dǎo)窗8個(gè)，回風(fēng)口選用600 mm×600 mm的波導(dǎo)窗10個(gè)，有效流量系數(shù)為0.75，送風(fēng)口迎面風(fēng)速為1.33 m/s，過(guò) 流風(fēng)速為1.78 m/s。

夏季通風(fēng)空調(diào)方案溫度模擬結(jié)果如圖 11，由圖可見(jiàn)，暗室內(nèi)空氣溫度在20℃±5℃內(nèi)，反射板區(qū)域溫度梯度在0.1℃/m以內(nèi)，符合技術(shù)要求。

圖11 方案IV冬季溫度模擬X軸2.1 m處剖面圖

3 結(jié)論

通過(guò)工程算例應(yīng)用 CFD 軟件模擬空氣流動(dòng)和氣流組織，直觀的反映了各高度、各區(qū)域的溫度分布情況，最終確定本算例采用方案IV，即8 送10回的送回風(fēng)口布置方式，10 個(gè)回風(fēng)口中 6 個(gè)采用隱蔽布置，模擬顯示暗室內(nèi)空間的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)分布比較合理，冬夏季暗室內(nèi)空氣溫度在20 ℃±5 ℃內(nèi)，反射板區(qū)域溫度梯度在0.1 ℃/m以內(nèi)，符合技術(shù)要求。