某柴油发动机试验厂房通风降温的模拟试验研究

发布时间：2020-06-08 10:37

【摘要】：针对柴油发动机试验厂房内设备试验过程产生大量余热问题,开展柴油发动机试验厂房高热环境的通风降温研究对保障设备正常运行和人员安全工作具有非常重要的意义。然而由于厂房内设备散热量大,在夏季工况下,采用自然通风方式很难达到预期的降温效果,采用传统制冷空调应用于工业厂房则能耗大,运行费用较高,对环境也会造成一定污染。因此探寻既能满足工业厂房内温湿度设计要求,又能节约资源、减少环境污染的通风降温技术十分必要。本文以某柴油发动机试验厂房为研究对象,采用数值模拟的方法研究传统的全新风、室外新风蒸发冷却、室外新风蒸发冷却+热污染区环境蒸发冷却三种通风方式下厂房内空气流动和热湿环境状况,最后通过正交试验的方法确定最优通风方案。本文主要工作内容如下:(1)从理论方面分析厂房内设备散热情况,确定通风量计算方法,对某柴油发动机试验厂房进行通风方案设计。通过建筑环境和工艺过程建立可供分析的物理模型,选用计算流体动力学的Realizable k—ε模型和组分输运模型作为计算工具,建立完整的计算模型,并对本文所选的计算模型的可靠性进行了验证,为本文后续进行数值模拟研究提供了理论依据。(2)模拟采用传统的全新风通风方式时厂房内空气流动和热湿环境状况,对比采用四种不同通风量时人员工作区和设备所在区温度控制效果。结果表明:以传统的全新风通风方式尽管能够把室内的热量排出,但未解决人员工作区环境温度超标问题。采用全新风通风方式,通风量在原始工况通风量基础上增加86%,仍未达到人员工作区平均温度要求。由此可见,采用全新风通风方式对柴油发动机试验厂房进行通风降温,通风量大,能耗较高,噪音较大,降温效果并不明显。(3)分别模拟采用室外新风蒸发冷却、室外新风蒸发冷却+热污染区环境蒸发冷却通风方式时厂房内空气流动和热湿环境状况,并将温度控制情况与传统全新风通风方式原始工况进行对比。结果表明:室外新风蒸发冷却通风方式对比全新风方式,通风量下降31%,可以解决大部分人员工作区环境温度问题,但设备周围存在局部高温现象;室外新风蒸发冷却+热污染区环境蒸发冷却通风方式对比全新风方式,通风量下降43%,可以完全满足人员工作区环境温度要求,且设备周围未出现局部高温现象。(4)设计六因素三水平正交试验表,运用正交试验的方法研究采用室外新风蒸发冷却+热污染区环境蒸发冷却通风方式时六种不同因素对柴油发动机试验厂房人员工作区热环境的影响情况。通过极差分析和方差分析可知,在所选水平下各因素中送风角度对试验结果的影响最大,之后依次为:送风温度、送风口高度、送风速度、室内蒸发冷却设备送风速度、室内蒸发冷却设备送风角度,最终基于试验结果确定最优方案。本文的研究成果为今后的柴油发动机试验厂房通风系统的优化设计与研究提供了参考。
【图文】：

示意图,试验厂,柴油发动机,示意图

2.1 柴油发动机试验厂房的基本情况及通风系统控制目标2.1.1 厂房基本情况本文研究对象为某柴油发动机试验厂房，厂房大小为长×宽×高=40m×15.4m×15m。厂房内有待试验的柴油发动机、测功机等设备，以及相关的柴油发动机进气系统、柴油发动机排烟系统、燃油供应系统、冷却用水系统、照明系统、通风系统等辅助系统。根据《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2015）查得，柴油发动机试验厂房所在地夏季通风室外计算温度为 31.2℃，夏季通风室外计算相对湿度为 69%，夏季室外大气压力为 100540Pa。厂房内对称布置两个大小相同的试验台，试验台大小为长×宽×高=10.8m×3.5m×0.35m。两个试验台上分别布置相同的发动机及测功机。其中，发动机为中速柴油发动机，额定功率为 1320kW，转速为 1000r/min。柴油发动机试验厂房示意图如图 2-1 所示。

示意图,直接蒸发冷却,示意图,绝热加湿

图 2-2 直接蒸发冷却示意图g. 2-2 Schematic diagram of direct evaporative coo图 2-3 直接蒸发冷却过程 h-d 图-3 The h-d diagram of direct evaporative cooling p物理过程如图 2-2 所示。室外空气流经被水而空气的干球温度降低，，但湿球温度却保持可见图 2-3。空气的状态变化是绝热加湿降程度是有一定范围的，理论上空气温度最低
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU83

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