多動(dòng)力源集中排氣系統(tǒng)運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)與模擬對(duì)比分析

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摘要：對(duì)可變截面的集中排氣系統(tǒng)運(yùn)行特性進(jìn)行數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究。探討更合理控制住宅廚房衛(wèi)生間空氣污染的方式，以解決高層住宅廚房衛(wèi)生間的排氣不暢、串氣等問(wèn)題，改善高層住宅的空氣環(huán)境質(zhì)量。對(duì)系統(tǒng)在不同截面積常見(jiàn)工況下工作的壓力分布及流量分布進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過(guò)模擬與實(shí)驗(yàn)對(duì)比，表明采用數(shù)值模擬的方法對(duì)多動(dòng)力源集中式排氣系統(tǒng)在常見(jiàn)工況和開(kāi)機(jī)率下的運(yùn)行特性分析是可行的，并總結(jié)出住宅集中式排氣系統(tǒng)的運(yùn)行特性。

關(guān)鍵詞：住宅 污染控制 集中排氣系統(tǒng) 數(shù)值模似    引言 隨著生活水平的提高，住宅的室內(nèi)空氣品質(zhì)愈來(lái)愈被人們所關(guān)注。廚房、衛(wèi)生間是住宅中兩個(gè)主要散發(fā)污染物場(chǎng)所。尤其是廚房，不僅有煤氣燃燒所產(chǎn)生的污染物，還有烹飪產(chǎn)生的大量油煙與蒸汽。暖通工作者對(duì)廚房中的污染物、最小排風(fēng)量、排氣罩性能等方面都進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，但高層住宅中廚房排氣系統(tǒng)和衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效果仍不如人意。在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生排氣不暢、串氣等問(wèn)題。本文利用數(shù)值模擬方法分析高層住宅廚房與衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)在常見(jiàn)工況和開(kāi)機(jī)率情況下的運(yùn)行效果，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，找出數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)試各自的缺點(diǎn)與不足，以更加完善研究方法與手段。通過(guò)更精確的分析多動(dòng)力源集中式排氣系統(tǒng)的運(yùn)行特性，提高其排氣效果與效率。 1 多動(dòng)力源集中式排氣系統(tǒng) 集中排氣系統(tǒng)是將每層的一個(gè)排氣裝置通過(guò)支風(fēng)道排入一豎向的主風(fēng)道，煙氣由設(shè)于屋頂?shù)闹黠L(fēng)道排氣口排入大氣．這種排氣方式克服了分散式排氣的缺點(diǎn)。因而新建住宅大都采用這種排氣方式。集中排氣系統(tǒng)的型式比較多，如帶導(dǎo)流葉片和帶導(dǎo)向彎管的變壓式或者止逆閥等系統(tǒng)型式。對(duì)于高層住宅排氣道不管采用哪種型式的集中排氣系統(tǒng)，各層廚房排油煙機(jī)或衛(wèi)生間排氣扇與各自的集中排氣系統(tǒng)相連通后，即分別組成了多動(dòng)力源的管網(wǎng)系統(tǒng)。 2 本研究的實(shí)驗(yàn)測(cè)試與計(jì)算機(jī)模擬 相對(duì)于實(shí)驗(yàn)，仿真模擬軟件的優(yōu)勢(shì)在于，可以建立最接近真實(shí)情況的模型，可以將實(shí)驗(yàn)中只能水平放置的風(fēng)道豎直，模擬真實(shí)的建筑結(jié)構(gòu)，由此可以將風(fēng)道水平放置時(shí)忽略的各樓層之間由高度產(chǎn)生的風(fēng)壓、熱壓及氣流特征差異考慮在內(nèi)，模擬出各種常見(jiàn)的和不利的工況。但也其不利的一面。數(shù)值模擬所采用的模型過(guò)于理想化，而在實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行中許多不利困素的影響，比如管道中雜物，灰塵對(duì)管道阻力的影響，油煙機(jī)或排氣扇具體運(yùn)行特性與用戶使用習(xí)慣，漏風(fēng)與滲風(fēng)等等實(shí)際因素都會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性產(chǎn)生影響。 實(shí)驗(yàn)的直觀性比較強(qiáng)，而且可以通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)許多意想不到、而在實(shí)際中確實(shí)存在的問(wèn)題，并且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是支持理論分析的基礎(chǔ)，也可為進(jìn)行模擬分析提供邊界條件和初始條件。 本課題組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的裝置是按1：1的實(shí)型尺寸加工，主管道為可變截面的集中排氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)中主管道的一側(cè)為可移動(dòng)面，這樣可以任意改變排氣道截面積。系統(tǒng)水平放置，用水平風(fēng)管模擬豎向高層集中排風(fēng)道。如此制作實(shí)驗(yàn)裝置，并且在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行模擬分析，其考慮的因素如下： （1）住宅集中排氣系統(tǒng)中的壓力分布范圍一般為數(shù)十帕。微壓傳感器的精度大多在1帕左右，因而不能用將試驗(yàn)裝置按比例縮小的方法來(lái)測(cè)試，只能按實(shí)型制作實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)。 （2）考慮到前述因素的限制，按實(shí)型制作實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)，就要受空間和資金方面影響。比如30層的風(fēng)道應(yīng)該仿照真實(shí)情況將其豎立，難以實(shí)現(xiàn)；倘若在已建成的建筑內(nèi)實(shí)測(cè)，風(fēng)道又無(wú)法改變截面積。所以只能采取將風(fēng)道水平放置的實(shí)型實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)。 （3）多動(dòng)力源的管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行組合工況太多。由于樓層多，根據(jù)真實(shí)情況，各戶開(kāi)機(jī)時(shí)間不同，再加 上要改變不同截面，導(dǎo)致工況非常多，所有工況測(cè)量是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。 （4）實(shí)驗(yàn)環(huán)境和介質(zhì)與實(shí)際使用有差別。實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量氣體為空氣，與實(shí)際的熱煙氣有差 別，并且沒(méi)有類似廚房的封閉空間，排油煙機(jī)暴露在外界空氣中等。 3 多動(dòng)力源集中式排氣系統(tǒng)的模擬 根據(jù)實(shí)際情況使用GAMBIT建立層高分別為20層的住宅廚房主支式集中排風(fēng)系統(tǒng)的三維模型；采用實(shí)際尺寸，主排風(fēng)管道截面積分別為400×500mm、400×750mm，排油煙機(jī)入口距離地面為1.6m，層高3m，支風(fēng)管道直徑150mm。分析模型示意見(jiàn)圖一,網(wǎng)格示意見(jiàn)圖二。 將數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以看出模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本上是吻合的，有個(gè)別樓層出現(xiàn)相差較大的現(xiàn)像，是在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中的誤差及當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件等因素造成，這些相差較大的樓層也在合理的誤差范圍之內(nèi)。對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖六，圖七。   6多動(dòng)力源集中式排氣系統(tǒng)常見(jiàn)工況與開(kāi)機(jī)率下運(yùn)行特性 多動(dòng)力源集中式排風(fēng)系統(tǒng)管道中的壓強(qiáng)分布從底層到頂層，呈現(xiàn)低-高-低的趨勢(shì)。下層的用戶由于上層排氣氣流的引射帶動(dòng)作用，不易出現(xiàn)竄氣；上層的用戶由于需要克服管道內(nèi)的阻力較小，串氣也不嚴(yán)重；而中間層未開(kāi)機(jī)用戶的竄氣程度較上下層相對(duì)嚴(yán)重。400×500mm的主排風(fēng)管道截面積基本無(wú)法滿足20層建筑在通常情況下的排風(fēng)要求，最好是采用更大截面的排風(fēng)道；400×750mm的排風(fēng)道可以滿足20層建筑在高開(kāi)機(jī)率時(shí)的排風(fēng)要求，是較為理想的排風(fēng)道截面尺寸。系統(tǒng)排氣效果受管道截面尺寸，總樓層數(shù)，用戶開(kāi)機(jī)率，室外熱壓等因素影響。 7 結(jié)論 ①對(duì)于住宅廚房衛(wèi)生間控制油煙的污染，集中式排風(fēng)系統(tǒng)是較為理想和適合大多數(shù)住宅的排風(fēng)系統(tǒng)形式，但要有合理的管道構(gòu)造及其流通截面尺寸； 400×750mm的排風(fēng)道僅可以滿足20層建筑在高開(kāi)機(jī)率時(shí)的排風(fēng)要求，是適用于多數(shù)情況下的排風(fēng)道截面尺寸。 ②用數(shù)值模擬方法對(duì)多動(dòng)力源集中排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果較為接近，在由于空間，資金等方面原因造成無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的時(shí)候，可用數(shù)值模擬方法進(jìn)行計(jì)算。 ③多動(dòng)力源集中式排風(fēng)系統(tǒng)管道中的靜壓分布從底層到頂層，呈現(xiàn)低-高-低的運(yùn)行特性規(guī)律。 參考文獻(xiàn) [1] 集中排氣系統(tǒng)住宅廚房排氣系統(tǒng)空氣動(dòng)力分析.林豹.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)[J]               1997年第13卷第3期 [2] 主支式排氣道中主風(fēng)道橫截面尺寸的確定[R].黃銳, 楊立中, 范維澄.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室.2001 [3]  住宅廚房集中排氣道內(nèi)煙氣流動(dòng)特性分析.龔延風(fēng)、陳麗萍、國(guó)君杰.南京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)[J].2002年第3期 [4] 住宅集中排風(fēng)系統(tǒng)的模擬分析研究[D].劉鑫.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)建筑大學(xué)環(huán)境學(xué)院.2010 [5] 住宅廚房集中排氣管道系統(tǒng)構(gòu)造及其運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)研究[D].馮墨.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)建筑大學(xué)環(huán)境學(xué)院.2010 [6] Activity for basecatalyzed reactions and  characterization of alumina2supported KF catalysts[J].Kabashima H , Tsuji T , Nakata S ,et al.Appl Cata A .2000 [7] 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析——CFD軟件原理與應(yīng)用[EB].王福軍.