以FLOW-3D 比对HVAC 的系统设计

作者: 艾列克 摩赛尔 (Alec Mercier , Tecsult Inc.)
最近的一个计画中， Tecsult 的 HVAC (加热、空调，以及通风heating, air-conditioning and ventilation) 系统工程师在一个发电厂空调系统设计中遇到了问题，必须在两种方案中决定一个合理的方案。要决定哪个方案比较好，取决于哪个方案可以让工作人员有最好的工作环境。Tecsult 以 FLOW-3D 9.2 版进行仿真比对，并且比较不同的方案设计。
发电厂的空间相当大（90m 长, 33m 宽,以及 26m 高), 在这个开放空间内包括了会发热的设备，例如变压器以及照明设备等。空调系统的要求为让这个空间内的温度必须低于35度C。由于发热设备大多位于低层空间，但是排风设备则是位于天花板的位置，因此天花板位置以及地面位置的温度是主要的考虑重点。

设计方案比对

仿真工程师提供了在不同方案中整发电厂空间的温度分布，并且提供 Tecsult 的 HVAC 系统工程师相当珍贵的资料，这些资料可以让系统工程师决定设计上应该做如何的修改。
在这两个不同的方案中，工程团队都必须决定空调系统的规格，包括了数量、尺寸以及发热器与排封口的位置。另外还包括了设备的流率、进风口/出风口的速度，以及角度等。在两个方案中，整个空间都包含了三个 25度C 的空气入口以及三个位于天花板的排气口, 唯一不同的是其中一个空气入口的位置。在第一个方案中, 该空气入口位于离地面高度 5.6m 的位置, (靠近另两个入风口).? 而第二个方案中, 入口则是在离地面 11m 的位置(远离另外两个入风口). 下图显示方案一的系统配置. 

在两个方案中, 影响流场的最重要物理现象为空气的对流. 在这个系统中, 包括了位于地面的热产生设备以及位于天花板的排气口, 其中空气的温度变化会影响空气的对流现象.

以Mass/Momentum Sources 模拟空气的流入以及排出

系统工程师利用了FLOW-3D mass/momentum sources 特色, 利用这个功能, 系统工程师能够决定空气以特定的方向, 特定的速度流入任何一个指定的区域. 由于FLOW-3D 在结构性网格上的特色, 使用者可以将 mass/momentum sources 放置在任何一个位置, 不用担心网格画分的问题.

结论

仿真结果提供了温度以及流场的详细信息, 系统工程师可以根据这些结果决定哪个方案最适合, 或者是需要做怎样的修改.

上图显示整个空间的空气流场分布, 颜色代表温度的变化(目前的位置是在离地面 1m 的位置). 整个空间的温度范围大约是 29 ~ 30.5 度C, 左上角为发热器集中的区域, 最高温约为 34 度(在系统最初的设计范围内).