2024年4月28日发(作者：nova5和nova5pro区别)

第１７卷　

Ｖｏ１＿１７　

第１期　

Ｎｏ．１　

重庆电力高等专科学校学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　

２０１２年２月　

Ｆｅｂ．２０１２　

非稳态旋转风幕流场数值分析及实验研究　

林爱晖　，李永存　

（１．湖南城建职业技术学院设备系，湖南湘潭４１１１０１；２．湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭４１１２０１）　

【摘要】对送风量一定而排风量不同的旋转风幕流场，利用ＦＬＵＥＮＴ计算动力学软件进行数值分析，并利用示踪　

烟雾进行实验研究。其数值分析与实验研究结果一致，验证了所建立的旋转风幕流场数学模型的正确性。　

【关键词】旋转风幕；数值模拟；实验研究；流场　

【中图分类号】Ｘ９３６　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００８—８０３２（２０１２）０１－００８７－０４　

Ｏ引言　

在工业生产过程中散发的各种有害物如不加以　

控制粉尘，在它的四角安装四根送风立柱，以一定的　

角度按同一旋转方向侧吹出连续的气幕，形成气幕　

空间，在气幕中心上方设立排风口。在旋流中心，由　

于吸气而产生负压，这负压核心使旋转气流受到向　

心力的作用；同时气流在旋转过程中又受到离心力　

控制，会使环境受到污染和破坏，危害人类健康。控　

制工业粉尘对室内外空气环境的影响和破坏，是当　

前亟待解决的问题　。利用平面风幕来隔断空间　

的研究已取得很大进展，而且这种技术也相当成熟。　

但利用特殊风幕（旋转风幕）来控制粉尘的研究却　

起步较晚，尚有许多问题需要解决。　

的作用，在向心力和离心力平衡的范围内，旋转气流　

形成漩涡，涡流收束于负压核心并朝向排风口。它　

是由吹吸气流共同作用的，而吹吸气流是吹风射流　

和吸风射流相互作用、相互影响的复杂气流。　

当Ｒｅ＞３０时　剖射流就变成紊流，实际射流几　

乎都是紊流射流。　

气幕旋风排风罩是利用人工龙卷风的原理来控　

制和捕集粉尘的，与传统的平面风幕相比，旋转风幕　

除注重了工作面粉尘的控制之外，还能用较小的排　

风量即可有效排除粉尘，提高工作人员工作区的空　

气品质，改善环境。对于气幕旋风排风罩的有关研　

２数学模型　

２．１基本假设　

为了方便计算，将该模型简化，并做出如下　

假设：　

究，目前主要侧重于实验方法，数值分析与实验相结　

合的方法却很少　Ｊ。针对气幕旋风排风罩控尘特　

性，借助紊动射流、流体力学等理论，在一些基本假　

设条件上，建立了气幕旋风排风罩流场的数学模型。　

并利用ＣＦＤ商用软件ＦＬＵＥＮＴ研究其流场，不仅能　

对该装置的流场在实验前有个清晰的认识，而且还　

能拓宽和完善旋转风幕控尘理论，具有一定的现实　

意义。　

１）送风气流可视为不可压缩气流，且为常温。　

２）忽略重力，假设壁面绝热。　

３）四根送风立柱的送风量相等，速度大小和分　

布相同。　

４）四根送风立柱的送风角度相等。　

５）送风口宽度一致。　

１非稳态旋转风幕流场　

气幕旋风排风罩是利用人工产生的气旋捕集和　

收稿日期：２０１２－０１－０６　

６）采用控制容积法进行计算时，假设选取的控　

制容积足够大，将风幕对环境空气的影响控制在所　

选取的控制容积之内，而对控制容积之外的环境没　

基金项目：湖南省教育厅资助科研项目（１０Ｃ００８６）；湖南省教育厅资助科研项目（０９Ｃ３９４）　

作者简介：林爱晖（１９７６一），讲师，主要从事通风及空调节能的研究。　

８８　重庆电力高等专科学校学报　第１７卷　

影响。　

７）为了方便数值计算，送风１５采用条缝形　

风口。　

２．２控制方程组　

要对风幕进行数值模拟，必须将控制流体的流　

动、传热传质及其他过程表示成数学形式，通常表示　

成控制微分方程的形式，采用的控制方程包括：　

１）连续方程：　

Ｏ

ｘ　

＋　

Ｉ＝Ｉ　

＋　

Ｏｚ　

＝０　（１）　

式中，Ｕ，　，Ｗ分别为　，Ｙ，　方向的速度，ｍ／ｓ；　

２）动量方程：　

ｐ［　＋　＋　］＝　

［　（　）＋　（　）＋击（　）］一赛　ｃ２）　

ｐ

［　＋　＋　］＝　

［　（　）＋　（考）＋　（　）］一　Ｏｙ　（３）　

＋　＋　

］＝　

［杀（　）＋　（　）＋　（　）］一警　（４）　

式中，Ｐ为密度，ｋｇ／ｍ　；　为动力粘度，Ｐａ・ｓ；ｐ为压　

力，Ｐａ。　

２．３后一　湍流模型　

风幕的流动为湍流，采用　一　湍流模型进行　

计算。旋转风幕的　一　湍流模型如下：　

１）　方程：　

ｐ　

］＝毒　＋　嘲＋　

ｆ　

ＯＸ

ｊ　

＋　

）薏一ｐ　（５）

２）　方程：　

ｐ

［　＋　］：毒［（　＋　）篙１＋ｃ　ｔ　

｝（　＋　Ｏｘ￣１　Ｏｘｊ—ｃ　等　（６）　

式中，　为紊流脉动动能，Ｊ；　为紊流能量耗散率，　

Ｊ／ｓ　

２．４边界条件　

进口边界（送风口边界）：在此边界上施加速度　

进口计算条件。在计算过程中，近似认为风幕风口　

为均匀单向流动，由于射流速度远大于脉动速度，因　

此横向速度可以忽略，仅考虑主流速度。　

出口边界（排风口）：已知该出口的速度，对该边界　

施以速度入口，在设置边界条件时速度值设为负值。　

出口边界（周围四面）：由于该边界上的速度和　

压力均为未知的情形，故选自由出流。　

壁面边界：所有壁面均施加无滑移固体边界条　

件，即／Ｚｉ＝０；壁面以绝热对待；垂直于壁面上的压力　

梯度为０；采用标准壁面函数。　

内部面边界：划分网格时建立的辅助面，设为内　

部面，流体可自由穿过此面。　

３数值计算结果及分析　

无论哪种排风罩，都希望在有效地吸走污染气　

体的同时，排风量越小越好。对于悬挂式排风罩，其　

排风量随着罩口离污染源距离的增大而增大。罩口　

附近速度场衰减很快，排风罩离污染源愈近，效果愈　

好。旋转风幕排风罩的捕集效果不直接与排风口离　

污染源的距离有关，而是与形成稳定旋风的条件有　

关，即与送风立柱的送风量及排风罩的排风量有着　

密切的关系。由于排风口的负压作用，使得送风射　

流的内侧向里弯曲，并且在以立柱的射流对相邻立　

柱的卷吸、诱导作用下，形成旋转气流（人工旋风）。　

在一定送风量下，变化排风量，其他送风参数不变，　

进行数值模拟。图１～４为离地面高０．７ｍ的截面　

压力速度分布图。从图中可以看出，增加排风量，轴　

心速度和中心静压的绝对值增加很小，即，作为污染　

物载体的空气流量增加很少。而排风量的增加，实　

质上主要是增加了排风口附近的空气流量。　

４实验研究　

在进行试验前搭建了一个气幕旋风排风罩装置。　

所有数据与数值模拟采用的数据一致，对不同排风量　

下的情况进行实验验证，采用示踪烟雾法在实验室进　

行实验，实验结果与数值模拟的结果相符合，证明所　

建立的数学模型是正确的。见图５和图６。　

重庆电力高等专科学校学报　

刘亚俊，葛少成，刘剑．风幕集尘风机及其短路流场的　

数学模型研究［Ｊ］．中国安全科学学报，２００２，（１）：　

６９－７２．　

第１７卷　

平浚．射流理论基础及理论［Ｍ］．北京：宇航出版　

社，１９９５．　

王福军．计算流体动力学分析［Ｍ］．北京：清华大学出　

版社，２００４．　

余常昭．紊动射流［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９３．　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆｌｏｗ　Ｆｉｅｌｄ　

ｏｆ　ｔｈｅ　Ｕｎｓｔｅａｄｙ　Ｒｏｔａｒｙ　Ａｉｒ　Ｃｕｒｔａｉｎ　

ＬＩＮ　Ａｉ—ｈｕｉ　。ＬＩ　Ｙｏｎｇ—ｅｕｎ　

（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｕｒｂａｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉａｎｇｔａｎ　Ｈｕｎａｎ　４１　１　１０１，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００５０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＦＬＵＥＮＴ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｆｌｕｉｄ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｉｓ　ｅｓｓａｙ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａ—　

ｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏｔａｒｙ　ａｉｒ　ｃｕｒｔａｉｎ　ｗｉｔｈ　ａ　ｆｉｘｅｄ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ａｉｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｂｕｔ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ａｉｒ　ｅｘｈａｕｓｔｉｎｇ　ｃａｐａｃｉ—　

ｔｉｅｓ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｅｌｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｃｉｎｇ　ｓｍｏｋｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｎａｌｙ—　

ｓｉｓ　ａｇｒｅｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔ，ｗｈｉｃｈ　ｖｅｒｉｉｆｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｉｆｅｌｄ　ｏｆ　

ｔｈｅ　ｒｏｔａｒｙ　ａｉｒ　ｃｕｒｔａｉｎ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｏｔａｒｙ　ａｉｒ　ｃｕｒｔａｉｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ；ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　

（上接第８３页）　

［２］　顾溢．超超临界６６０ＭＷ机组给水泵汽轮机运行特点　

及故障分析［Ｊ］．热力发电，２０１１，（５）．　

［３］　俞兴超．１０００ＭＷ超超临界火电机组给水泵配置及分　

析［Ｊ］．华东电力，２００８，（９）．　

Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＢＦＰ　Ｓｔｅａｍ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　

ｉｎ　ｔｈｅ　Ｓｅｃｏｎｄ．ｐｅｒｉｏｄ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　Ｔａｉｓｈａｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ　

ＺＨＡＮＧ　ｒｉｎｇ—ｇｕｏ，ＸＩＡＯ　Ｇｕａｎｇ—ｈｕａ　

（Ｓｈｅｎｈｕａ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｇｕｏｈｕａ　Ｙｕｄｅａｎ　Ｔａｉｓｈａｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔａｉｓｈａｎ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５２９２２８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｅｓｓａｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｃｏｌｌｏｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　

ＢＦＰ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　１０００ＭＷ　ＵＳＣ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｕｎｉｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄ—ｐｅｒｉｏｄ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　Ｔａｉｓｈａｎ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ　ａｓ　

ｗｅｌｌ　ａｓ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｉｔｓ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＢＦＰ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ；ｌｆｏｗ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ；ｆｅｅｄ　ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ