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​​​​​​​高层住宅厨房排气系统静压分布的对比分析

  • 作者:
  • 中国凤凰彩票注册网
  • 发布时间:
  • 2019-12-09

龚    杰1,裴清清1,许    雷2

( 1.广州大学 , 广州市   510006 ;2.日本东北工业大学, 仙台市   982-0000 )

摘   要:凤凰彩票注册为了研究等截面烟道和变压烟道的静压分布规律,本文对两种烟道分别进行了数值模拟。本文采用ICEM进行几何建模和网格划分,然后通过FLUENT进行数值模拟。结果表明:两种烟道内的静压分布规律有所不同,如开机率为100%时,等截面烟道的平均静压比变压烟道的平均静压高出20.33Pa。从静压分布角度看,变压烟道优于等截面烟道。

关键词:凤凰彩票注册高层住宅;变压烟道;压力分布;数值模拟

       0   引言 

       集中排气系统是住宅厨房广泛使用的排气方式,目前,国内主要有四种类型排气道,分别为子母型、变截面型、等截面型以及变压型烟道。子母型烟道和变截面型烟道由于制作困难,在实际应用中并不常见。等截面型烟道由于制作非常简单,得到了广泛应用。变压型烟道尽管制作存在一定难度,但是由于其独特的优点,应用的也越来越多。图1为以上四种烟道的简图。

凤凰彩票注册图1   四种烟道简图

       高层住宅厨房集中排气系统由多个动力源组成,每层厨房的实际排风量受多个因素的影响,如油烟机性能、开机率、烟道内的静压力分布等。而影响烟道内静压力分布的主要因素是烟道类型。鉴于此,本论文将通过对等截面烟道和变压烟道的数值模拟,进一步研究两种烟道内的静压力分布,为改善排气不均、串气串味提供解决策略。

       1   几何模型与网格划分

       住宅厨房集中排烟道几何尺寸的选择,一般需要根据相关图集确定。本论文根据粤08J/T910(住宅变压拔气式三防排气道)建立10层楼变压烟道模型,烟道截面为380×380(mm),层高取3m,支烟道为圆形截面,直径为150mm,长1m。等截面烟道根据380×380(mm)变压烟道建立,其余尺寸与变压烟道相同。通过ICEM建模和网格划分,采用六面体结构化网格,网格无关性经过检验。局部网格划分如图2。

凤凰彩票注册图2   局部网格

       2   FLUENT计算求解

凤凰彩票注册       2.1   求解器和离散方法的确定 

凤凰彩票注册       本论文不涉及传热和传质,只考虑流体流动,属于稳态过程。采用空气代替烟气进行数值模拟,空气为不可压缩气体,所以选择压力基稳态求解器。梯度插值方法选择Least-Squares Cell-Based,压力插值方法选择Linear。本次模拟存在压力突变的区域,因此,对流项的插值方法选择QUICK格式。

       2.2   计算方程的确定[1] 

       由于本论文为稳态不可压缩流动,温度和密度均为常数,所以计算模型选择标准k-ε湍流模型,在近壁面区使用标准壁面函数进行处理。控制方程如下:

凤凰彩票注册       质量守恒方程:

    

       动量守恒方程:

          

       湍动能K方程:

         

       湍动能耗散率ε方程:

       其中,ρ和μ分别为空气密度和空气粘度;湍流引起的粘度系数μt =ρCμk2/ε;ui和uj均为速度,i和j均为张量下标,取值均为1、2、3;k和ε分别为湍动能和湍动能耗散率;经验常数取值为C=1.44,C=1.92,Cμ=0.99,σk=1.0,σε=1.3。

       2.3   边界条件的设置

     (1)入口边界条件

       支烟道入口设置为速度入口类型(velocity-inlet),设计风量为Q=300m3/h[2]凤凰彩票注册,支烟道直径d=150mm,换算成速度为v=4.7m/s。油烟机不开启时,设置为壁面边界(wall)。

凤凰彩票注册     (2)出口边界条件

       屋顶出风口设置排风口类型(outlet-vent),烟道出口一般安装无动力风帽,阻力系数取为ζ=1.5。

     (3)壁面边界条件

       主、支烟道壁面均取无滑移壁面边界,设置为壁面边界(wall),壁面绝对粗糙度根据相关文献取为k=1.5mm。

       2.4   湍流参数的确定与计算

       FLUENT出入口边界提供了多种湍流参数的设置方法,对于管内流动一般选择湍流强度和水力直径。计算公式如下:

       水力直径:

凤凰彩票注册       雷诺数:

       湍流强度:
 

       2.5   模拟工况介绍

       住宅排烟系统的开机率并不是一个确定的值,开机率的大小与楼层数以及本单元住宅内用户的生活习惯有关。因此,本论文以40%、50%以及100%的开机率作为研究工况[2]。具体设置为:开机率为40%时,选择1、4、7、10层楼油烟机开启,其余关闭;开机率为50%时,选择奇数楼层油烟机开启,其余关闭;开机率100%时,所有油烟机均开启。

       3   模拟结果分析

       3.1   开机率为100%时的模拟结果

       对于等截面烟道,所有楼层支烟道出风口处静压值在一条相对光滑的曲线上,这条曲线随楼层数增加而单调递减,最大静压值出现在最底层,最小静压值在顶层,与熊健[1]的研究一致。如果对这条曲线做一条切线的话,这条切线斜率的绝对值是逐渐增加的,也就是说,层数越高,静压变化得越快;对于变压烟道,所有楼层支烟道出风口处的静压值也几乎在一条相对光滑的曲线上,但是这条曲线呈驼峰状,在第四层楼位置达到最大静压,而且1~5层静压变化相对较为缓慢,这是变压烟道与等截面烟道的不同之处。另外,变压烟道在6~10层楼静压变化相对较为快速,这与等截面烟道在这几层楼的静压变化规律基本是一致的,这点从图3很容易看出,因为两条曲线几乎平行。另外,在该开机率下,虽然变压烟道整体的静压分布均低于等截面烟道,但是除了第十层楼外,其余楼层支烟道出口处的静压值均为正值,说明该变压烟道并没有起到预期的变压作用。

图3   开机率为100%时的压力分布

       3.2   开机率为50%时的模拟结果

凤凰彩票注册       开机率为50%时,对于等截面烟道,其整体静压分布随楼层数增加呈曲折下降趋势,如果单独考察开机楼层(1、3、5、7、9层)支烟道出口处的静压值,其静压分布规律与其100%开机率时基本一致,这里不再重复阐述;对于未开机楼层(2、4、6层)支烟道出口处的静压值有明显的突变,且均高于其相邻开机楼层支烟道出口处的静压值,说明开机与不开机对于静压分布是有一定影响的。对于变压烟道,其整体静压分布呈锯齿状波动变化,且幅度比较大;单独考察变压烟道的开机楼层静压变化规律,发现与其100%开机率的静压分布有一定相似之处,呈驼峰状,但是较为平缓;对于变压烟道的未开机楼层,其所有楼层的静压值均高于其他开机的楼层,变化趋势与开机楼层的静压分布规律相似。这里必须提到的是,该开机率下,所有开机楼层以及顶层楼处的静压值均为负压,说明在该开机率下,变压烟道起到了一定的动静压转化作用;另外,该开机率下,变压烟道的最小静压出现在最底层开机楼层,这与其开机率为100%时最小静压出现在最顶层有所不同。

图4   开机率为50%时的压力分布

       3.3   开机率为40%时的模拟结果

凤凰彩票注册       由图5可以看出,40%开机率时,两种烟道的静压分布规律与其各自50%开机率时基本一致,这里不再重复叙述。对于等截面烟道,相邻的未开机楼层(2与3、5与6、8与9层)支烟道出口处静压基本相等,仔细分析发现流过这两个断面的流量相等,而且两个断面面积也相等,因此,可能的影响原因应该是通过两个过流断面的流量相等。对于变压烟道,其相邻楼层的静压值非常接近,这与等截面烟道相邻未开机楼层静压分布有一定相似之处。对于变压烟道,无论是开机楼层还是未开机楼层,静压值均为非正值,说明在该开机率下,变压结构是能够起到较好的动静压转化作用的。

凤凰彩票注册图5   开机率为40%时的压力分布

凤凰彩票注册       综合上述的3种工况,从定量的角度分析,40%开机率时,等截面烟道的平均静压为5.05Pa比变压烟道平均静压-3.87Pa高出8.92Pa;50%开机率时,等截面烟道的平均静压为8.51Pa比变压烟道平均静压-1.67Pa高出10.18Pa;100%开机率时,等截面烟道的平均静压为37.75Pa比变压烟道平均静压17.42Pa高出20.33Pa。开机率从50%增加到100%时,等截面烟道的平均静压涨幅为29.24Pa,变压烟道的平均静压涨幅为19.09Pa,两者静压涨幅都比较大,说明开机率对静压分布有较大的影响。另外,等截面烟道的平均静压涨幅比变压烟道的平均静压涨幅高出10.15Pa,二者相差比较大,说明变压烟道在一定程度上改善了烟道内的静压分布。

       4   结论

     (1)变压烟道总体的静压力分布规律呈锯齿状;开机楼层的静压分布呈驼峰状,最高静压出现在中间的开机楼层,最小静压在开机率较小时出现在底层,开机率较高时出现在顶层,这一点不同于等截面烟道;未开机楼层的静压分布也呈驼峰状,静压值远高于相邻开机楼层的静压值。

凤凰彩票注册     (2)等截面烟道总体的静压分布呈下降趋势,未开机楼层静压值会略高于相邻楼层静压值。

     (3)相同开机率下,变压烟道的静压值明显低于等截面烟道相应处静压值,说明变压结构起到了动静压转换的作用,是有利于解决串气串味问题的。同时,变压烟道内的静压力分布曲线为驼峰状,较为平缓,说明变压结构能够起到缓解排气不均现象的作用。

凤凰彩票注册     (4)在开机率为100%时,除顶层楼层外,变压烟道内的静压值均为正值,说明变压结构没有达到预期的动静压转换效果,有待后续研究者进一步研究和改进。

参考文献

       [1] 熊健. 高层住宅厨房集中排烟系统的特性及优化研究[D].重庆大学,2016.

       [2] 广东省建筑设计研究院.粤08J/T910(住宅变压拔气式三防排气道).

       [3] 吴利,高军,丁希晖. 高层住宅厨房排气道数值模拟与对比分析[J]. 建筑热能凤凰彩票注册 空调,2016,35(09):56-60+67. 

       [4] 樊越胜,邵治民. 住宅厨房变压式排气系统的数值模拟[J]. 建筑科学,2011,27(02):102-106. [2017-09-06]. 

注:本文收录于《建筑环境与能源》2017年5月刊总第5期《2017全国凤凰彩票注册 技术年会论文集》中。
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