恒溫恒濕立體倉庫孔板送風(fēng)的影響因素及參數優(yōu)化

恒溫恒濕立體倉庫孔板送風(fēng)的影響因素及參數優(yōu)化

　　信息來(lái)源：發(fā)布時(shí)間：2021-06-08點(diǎn)擊數：

　　隨著(zhù)現代化企業(yè)生產(chǎn)規模的不斷擴大,自動(dòng)化立體倉庫——高架庫成為生產(chǎn)物流系統中的一個(gè)重要環(huán)節,目前立體倉庫大多用孔板送風(fēng)進(jìn)行空調。這種孔板送風(fēng)在工業(yè)空調中(如恒溫室,潔凈室及某些實(shí)驗環(huán)境等)應用廣泛,特點(diǎn)是在直接控制的區域內能夠形成比較均勻的速度場(chǎng)和溫度(濃度)場(chǎng)。由于靜壓箱箱體的幾何特性和箱體的進(jìn)出風(fēng)口特性是影響靜壓分布的均勻性的重要因素,直接關(guān)系到孔板的送風(fēng)性能,為了更好地滿(mǎn)足倉庫溫濕度場(chǎng)均勻性的要求,本文準備以上海卷煙廠(chǎng)高架庫為例,利用CFD軟件Fluent對高架庫的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行分析,并在分析的基礎上優(yōu)化內部的氣流組織,希望結果可以為此類(lèi)建筑的空調系統設計提供依據。

　　上海卷煙廠(chǎng)廠(chǎng)房?jì)鹊妮o料暫存間采用立體高架庫形式暫存輔料,該高架庫內部分布12條貨架,貨架上方設置局部孔板吊頂,吊頂和墻、上樓板在一起組成了一個(gè)送風(fēng)靜壓箱,風(fēng)管伸入這個(gè)靜壓箱送風(fēng),新風(fēng)通過(guò)靜壓箱混合再由局部孔板送風(fēng),通風(fēng)采用上送下回方式,共有送風(fēng)口30個(gè)和回風(fēng)口87個(gè)貨架,高架庫底部設置有回風(fēng)管。圖1為該高架庫空調送回風(fēng)方式示意圖。根據生產(chǎn)中輔料暫存的工藝要求,高架立體庫內的溫度、濕度場(chǎng)都必須保持很好的均勻性。

　　圖1高架庫送回風(fēng)示意

　　本文的分析以夏季供冷工況為例,分析工作首先按庫房的實(shí)際大小建立Realizable湍流模型,模型中的動(dòng)量方程、湍流脈動(dòng)動(dòng)能、耗散率以及能量方程都采用一階迎風(fēng)格式求解,壓力修正采用SIMPLE方法;其中送回風(fēng)口相對較小,為了提高計算精度計算時(shí)單獨網(wǎng)格劃分。靜壓箱送風(fēng)孔板設為porous-jump模型;庫房中等熱輻射采用輻射模型,選取DO模型描述,墻壁和貨架的吸收系數和散射系數取5000m-1,空氣的吸收系數和散射系數取為0。另外設定送風(fēng)口設為速度入口,湍流強度為5%,粘性率為1000。分析假定該立體高架庫的最大設計送風(fēng)量為240,000m3/h,風(fēng)速為1.85m/s,由于回風(fēng)口采用2.3m/s恒定風(fēng)速排風(fēng),故將回風(fēng)口設為速度入口,風(fēng)速取負。

　　為了驗證模型的準確性,在進(jìn)行模擬分析前先對上海卷煙廠(chǎng)高架庫的夏季制冷工況進(jìn)行現場(chǎng)測試,在貨架區域選擇距地高度為3m,9m和15m的3個(gè)測試面,每個(gè)測試面上均勻布置9個(gè)測點(diǎn),利用Testo175-2型電子溫濕度記錄儀對倉庫內溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)連續測試,測試時(shí)間為3個(gè)工作日。

　　驗證工作選取9m測試面上9個(gè)測點(diǎn)的數據進(jìn)行分析比較。

　　圖2-圖4是測點(diǎn)處實(shí)際測試溫度值與模擬溫度值?？梢钥闯?在這些點(diǎn)上,模擬結果的平均溫度值都稍低于測試平均值,而且高度越高模擬結果的溫度值越低;溫度分層現象也比測試結果明顯。造成這些現象的原因,可能是模擬用的模型對倉庫的實(shí)際情況進(jìn)行了簡(jiǎn)化,忽略了倉庫實(shí)際具有的滲透風(fēng)量以及其他各種因素。不過(guò)從整體上來(lái)看,模擬值與測試結果變化趨勢還是是一致的,模擬結果應當具有一定的可信度。

　　靜壓箱內的送風(fēng)形式主要是側送風(fēng),風(fēng)管深入靜壓箱內部送風(fēng);要實(shí)現孔板送風(fēng)方式下室內氣流的均勻分布,靜壓箱的設計必須合理。為了比較靜壓箱內的氣流情況以及孔板的靜壓分布情況,模擬工作在靜壓箱西南壁建立了兩個(gè)風(fēng)口用于靜壓箱的側送風(fēng),面積與高架庫設計風(fēng)口面積相當;在靜壓箱的頂部建立大小和數量與設計完全相同的風(fēng)口用于靜壓箱頂部的送風(fēng);在靜壓箱底部向上的送風(fēng)也按當前高架庫采用的風(fēng)口布置形式。模擬時(shí)設定高架庫的最大設計送風(fēng)量24萬(wàn)m3/h,送風(fēng)溫度為20℃。送風(fēng)口位置對空調效果的影響的模擬結果如下。

　　3.1靜壓箱內部速度分布與孔板靜壓分布

　　圖5是庫房空調采用側進(jìn)風(fēng)的模擬結果。從圖中可以看到,在兩個(gè)風(fēng)口的作用下靜壓箱內的氣流分成左右兩個(gè)對稱(chēng)的速度場(chǎng)分布,從風(fēng)口吹出的空調風(fēng)遇到靜壓箱壁面后折回,在左右兩邊各形成了一個(gè)渦旋,兩個(gè)風(fēng)口的中間也形成了一個(gè)渦旋。從圖中還可以看到,箱內速度分布很不均勻,各塊孔板出風(fēng)風(fēng)速也大小不一樣,即使同一個(gè)孔板送出的風(fēng)也不很均勻。由此可見(jiàn),單側送風(fēng)不利于靜壓箱內的氣體均勻流動(dòng)。

　　圖2高度3m處的溫度

　　圖3高度9m處的溫度

　　圖2～圖4圖例:■測試值■模擬值

　　圖4高度15m處的溫度

　　圖6是由底部向上送風(fēng)(即氣流通過(guò)管道流向頂棚的上部然后壓下送出)時(shí)的模擬結果。從圖中可以看出,送風(fēng)氣流由頂棚壓下后,雖然在送風(fēng)口出風(fēng)氣流的卷吸作用下有一小部分壓下的氣流被卷吸到風(fēng)口處再次送出,但是大部分的氣流還是通過(guò)孔板送出的,而且通過(guò)孔板送出的氣流速度比較均勻,不過(guò)氣流在通過(guò)大風(fēng)口處(圖中上側)的孔板時(shí)會(huì )出現回流,這主要因為大風(fēng)口(圖中上側)的送風(fēng)量比較大,氣流卷吸作用強烈所導致的結果。

　　圖7是風(fēng)口由頂棚向下送風(fēng)的模擬結果,可以看到送風(fēng)口的氣流流到靜壓箱的底面后絕大部分沿底面通過(guò)孔板送出,很少部分在卷吸作用下向上流回送風(fēng)口。從圖中還可以看到,不同位置上的孔板的送風(fēng)速度不同,兩側送風(fēng)速度較大,中間的孔板送風(fēng)速度較小,相同孔板的送風(fēng)速度均勻。

　　圖5側送風(fēng)速度矢量圖

　　圖6高度底部向上送風(fēng)速度矢量圖

　　圖7頂部送風(fēng)速度矢量圖

　　圖8-圖10是不同送風(fēng)方式下孔板靜壓分布的模擬結果?？梢钥吹娇装宓撵o壓分布直接影響到送風(fēng)的均勻性,靜壓分布得越均勻送風(fēng)也越均勻。采用側送風(fēng),孔板靜壓分布的特點(diǎn)是,遠離風(fēng)口處壓力大,接近風(fēng)口壓力小,見(jiàn)圖8;這主要由于送風(fēng)氣流流動(dòng)造成的。采用頂部送風(fēng),靜壓分布的均勻性較側送風(fēng)好,孔板的靜壓最大處出現在接近風(fēng)口位置以及兩側靠墻處,見(jiàn)圖10;這是因為送風(fēng)由頂部送至底面時(shí)以及氣流沿靜壓箱壁面下沉,造成靜壓增大。

　　圖8靜壓箱側送風(fēng)孔板靜壓分布

　　圖9靜壓箱底部向上送風(fēng)孔板靜壓分布

　　圖10靜壓箱頂部送風(fēng)孔板靜壓分布

　　由圖8-圖10還可以看到,側送風(fēng)和頂部送風(fēng)的孔板靜壓最大值與最小值差異較大,約為-0.09～0.66Pa之間。圖9是底部向上送風(fēng)的孔板靜壓分布模擬結果?？梢钥吹?靜壓分布比較均勻,最大處位置與頂部送風(fēng)(圖10相似),孔板的靜壓最大值與最小值差異不大,約為-0.12～0.10Pa之間。由此可見(jiàn),當風(fēng)管伸入靜壓箱向上送風(fēng)時(shí),孔板靜壓分布較均勻。

　　3.2高架庫內部的溫度、速度場(chǎng)

　　高架庫內部溫度場(chǎng)的分布比較復雜。圖11和圖12以分別是高度為9m平面以及高架庫寬20.5m處立面的溫度分布模擬結果?？梢钥吹?水平面上的溫度分布呈梯狀,部分區域高部分區域低;立面上的溫度分布不均勻,局部溫度高。從圖13和圖14中可以看到,水平面上靠近貨架處以及墻角處的溫度較高,其余溫度分布較均勻;值得注意的是倉庫中個(gè)別貨架間距過(guò)近而且缺少回風(fēng)口,通風(fēng)效果較差,因此溫度也就較高。從立面圖還可以看出,溫度分層現象很明顯,分層高度均勻。從圖15和圖16中可以看到,水平面的溫度分布情況與圖13相同,但溫度更高些,溫度分布的均勻性也略差;立面雖然也顯示了溫度分層但分層高度不均勻,總體情況優(yōu)于側送風(fēng)。為了進(jìn)一步評價(jià)高架庫的溫度和速度的分布特性,可以用溫度不均勻系數kt和流速不均勻系數ku[1]作為指標。所謂溫度不均勻系數,是指各測點(diǎn)溫度值的均方根偏差與平均溫度的比值,流速不均勻系數同樣也是這樣的比值。本文以水平面9m為例,測點(diǎn)布置同測試安排,再對實(shí)際測點(diǎn)進(jìn)行加密,共取45個(gè)測點(diǎn),對測定數據進(jìn)行處理,得到不均勻性指標見(jiàn)表1?？梢钥吹缴纤惋L(fēng)的kt和ku最小,溫度場(chǎng)和流場(chǎng)最均勻。

　　圖11高9m側送風(fēng)溫度分布圖

　　圖12寬20.5m側送風(fēng)溫度分布圖

　　圖13高9m底部向上送風(fēng)溫度分布圖

　　圖14寬20.5m底部向上送風(fēng)溫度分布圖

　　圖15高9m頂部送風(fēng)溫度分布圖

　　圖16寬20.5m頂部送風(fēng)溫度分布圖

　　表1表1溫度、速度不均勻系數

　　靜壓箱的幾何尺寸是影響靜壓箱內氣流組織和孔板靜壓分布均勻性的重要因素,為了進(jìn)一步分析這種現象,模擬工作在圖7的基礎上把靜壓箱的高度減少0.65m(風(fēng)口位置為高架庫實(shí)際所布),把箱高從2.65m改為2.00m,可以得到圖17和圖18的模擬結果。由圖17可以看出,箱體高度減少以后靜壓箱內頂棚壓下的氣流速度明顯變大,不過(guò)從總體來(lái)說(shuō)與高度減少前的氣流組織相當,兩者分布的差異不大,孔板的送風(fēng)速度還是高于風(fēng)口上送風(fēng),在左側大風(fēng)口處的兩塊孔板也產(chǎn)生了回流。雖然此工況的回風(fēng)速度較風(fēng)口上送風(fēng)時(shí)小,但由圖18可以看出,靜壓箱高度減少后靜壓分布總體與設計工況相似,靜壓值在-0.13～0.13Pa之間。由于兩者分布很相近,其不均勻系數見(jiàn)表2。

　　圖17靜壓箱高2m時(shí)高20m處速度矢量圖

　　圖18靜壓箱高2m時(shí),孔板靜壓分布圖

　　表2靜壓不均勻系數

　　由表2可以看出,靜壓箱高度縮減至2m后,孔板靜壓平均值略有增加,靜壓不均勻系數減小均勻性有了提高。文獻[2]指出,孔板送風(fēng)靜壓箱的靜壓均勻性和送風(fēng)射程(L)與靜壓箱高(H)有關(guān),當比值L/H增加時(shí)均勻性變差,保持L增加H均勻性可以改善,即增加靜壓箱高度有利于孔板靜壓均勻分布。但是本文模擬結果表明并非如此,模擬結果表明減少靜壓箱高度H增加L/H的值,靜壓箱的靜壓分布均勻性有可能更好。

　　通過(guò)高架庫現有送風(fēng)口布置以及各種情況模擬發(fā)現,孔板送風(fēng)都或多或少的存在出流不均和出流偏斜。尤其是出流偏斜現象較嚴重。為此應當孔口空氣流出前的流速u(mài)(垂直于孔口出流方向)和孔口流速u(mài)比值控制在0.25以下。

　　采用高架庫模型對各種風(fēng)量和送風(fēng)參數條件下倉庫內的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)進(jìn)行模擬,可以研究風(fēng)量,送風(fēng)參數與高架庫內的溫度分布的關(guān)系,并從中求得出最優(yōu)的送風(fēng)量及送風(fēng)參數。

　　5.1相同風(fēng)量,不同送風(fēng)溫度

　　模擬條件為送風(fēng)量為22萬(wàn)m3/h,送風(fēng)溫度分別為20℃和22℃,圖19和圖20是高度為9m處的水平面的溫度分布模擬結果。由圖可以看出,當送風(fēng)溫度升高2℃,高架庫內室溫明顯提高。

　　圖19高9m送風(fēng)溫度20℃

　　圖20高9m送風(fēng)溫度22℃

　　室內的溫度分布也可以用溫(濕)度均勻性指標TUI描述,該指標定義為滿(mǎn)足規定溫(濕)度要求的測點(diǎn)數與總測點(diǎn)數之比。圖21是TUI的計算結果,可以看出,溫度升高2K,在23～25℃范圍內TUI升高約66.68%～161.54%,因此相同風(fēng)量時(shí),在一定的溫度范圍內可以通過(guò)提高送風(fēng)溫度來(lái)達到經(jīng)濟運行的效果。

　　圖21溫度的TUI對比圖

　　5.2相同送風(fēng)溫度,不同風(fēng)量

　　送風(fēng)溫度為20℃,送風(fēng)量分別為20萬(wàn)m3/h和18萬(wàn)m3/h模擬結果見(jiàn)圖22和圖23?？梢钥闯?當送風(fēng)量減小m3/h,高架庫內室溫變化不明顯。圖24是TUI的計算結果,可以看出,送風(fēng)量降低,溫度沒(méi)有明顯的降低,即在相同送風(fēng)溫度情況下,送風(fēng)量的減小對高架庫內的平均溫度影響不敏感,可以考慮通過(guò)減小風(fēng)量達到經(jīng)濟運行的效果。

　　圖22高9m送風(fēng)量200,000m3/h

　　圖23高9m送風(fēng)量180,000m3/h

　　圖24送風(fēng)量的TUI對比圖

　　(1)確定風(fēng)管伸入靜壓箱送風(fēng)效果好于靜壓箱側送風(fēng)。

　　(2)風(fēng)管伸入靜壓箱由底部向上送風(fēng)效果好于其他兩種送風(fēng)情況。

　　(3)風(fēng)管伸入靜壓箱由底部向上送風(fēng)與風(fēng)管伸入靜壓箱由頂部向下送風(fēng)比較:溫度不均勻系數相似,而速度不均勻系數較小。

　　(4)認為縮減靜壓箱高度有利于孔板送風(fēng)的均勻性及靜壓箱氣流組織優(yōu)化。

　　(5)溫度升高對于高架庫內平均溫度影響較大,而風(fēng)量減小則影響較小、建議可以通過(guò)減小風(fēng)量,提高送風(fēng)溫度來(lái)達到節能的目的。

　　標簽：