CFD模拟技术在建筑给排水工程中的应用 2页

２０１６年第４期（总第１８１期）江西建材建筑与规划设计ＣＦＤ模拟技术在建筑给排水工程中的应用■张雪玲■四川西南广厦建筑设计院有限责任公司，四川成都６１００４１摘要：计算流体动力学（ＣＦＤ）是用电子计算机和离散化的数值方法对流体力水封的影响以及相同管径不同流量下伸顶通气立管排水过程问题，得学问题进行数值模拟和分析的一种方法，近年来被广泛应用于建筑给排出了重要结论：（１）当排水立管管径相同时，增大横管管径有利于水封水中。本文对ＣＦＤ技术作了简要介绍，总结了其在建筑给排水各方面保护；（２）随着排水负荷的增大，排水立管中的气压波动程度随之增中的应用，供设计、研究参考。大。当水流到达立管底部时，夹带气体释放出来使立管底部压强瞬间关键词：ＣＦＤ建筑给排水边界条件工程应用上升，因此，靠近立管底部的排水支管的连接应符合规范要求。２．３冷热水混合器内部流场和出水温度控制给水管道中的水锤现象、卫生器具内水封破坏、排水噪声等是建筑［６］吴方义等在设计恒温出水混水阀阀体模型的基础上，应用ＣＦＤ给水排水系统中的常见问题，研究给排水管道内水气流态、瞬时压强的软件Ｆｌｕｅｎｔ对恒温阀流场进行了数值模拟，分析了冷热水入口压强、水传播等非恒定流现象，是解决这些问题的重要途径。而现有的恒定流力直径和温度对温水出口参数的影响。研究结果表明，当入口压强增理论已不能解释上述非恒定流的物理现象，需要寻找一种新方法。大时，出口流量、压强和流速都随之增加；入口直径对出口速度、流量、ＣＦＤ模拟技术的出现，为建筑给排水设计开辟了一种新思路。温度及压强都有明显变化；提高热水入口温度，温水温度随之提高，且１计算流体动力学（ＣＦＤ）简介热水每增加５℃，温水温度可提高１．３℃，出口流量和压强基本保持恒计算流体动力学是通过计算机数值计算和图像显示，对流动及热定。传导等物理现象进行分析。基本思想为：把在时间域及空间域上连续２．４冷却塔水气流动与热质交换的物理量，用一系列离散点的变量值的来代替，建立起关于这些离散点［７］游江等基于ＣＦＤ软件和逆流密闭式冷却塔相关理论，对设计制变量之间的代数方程组，然后通过求解代数方程组获得场变量的近似冷量为１０ｔ／ｈ的逆流密闭式冷却塔的气水流动与热质交换进行数值模值。拟，分析了淋水密度和环境条件对冷却塔热力特性的影响。数值模拟计算流体动力学是在质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方结果表明：环境条件和淋水密度对逆流密闭塔的换热效果影响很大，冷程、组分质量守恒方程控制下对数值进行计算。却塔性能最优的气水比范围在１．０１～０．９８之间；除此之外，换热能力由于上述控制方程均为微分方程，因此首先要对控制方程采用一受湿球温度影响较大，湿球温度逐步增高时，冷却水进出口温差逐渐下定的方法进行离散后成为可解的代数方程或方程组。通过求解代数方降，冷却塔换热能力随之下降。这为完善带填料的逆流密闭式冷却塔程或方程组，便可得到计算域中各个位置上的基本物理量，如速度、压［１］的设计和运行提供了参考依据。力、温度、浓度的分布，以及这些物理量随时间的变化情况。２．５太阳能热水系统中目前常用的几种较为成熟的ＣＦＤ计算软件有：ＰＨＯＥＮＩＣＳ、ＦＬＵ-ＣＦＤ技术在太阳能热水系统中经常被研究者作为一项很重要的研ＥＮＴ、ＦＤＳ、ＦＬＯＷ－３Ｄ等。究手段。尤其是在对太阳能蓄热水箱温度分层研究方面。为了充分利２ＣＦＤ在建筑给排水中的应用用蓄热水箱温度分层，提高集热器效率，同时增加可被利用的热水量，ＣＦＤ软件中的ＤＲＡＩＮＥＴ和ＡＩＲＮＥＴ数值模型可以模拟建筑排水减少辅助加热量，从而提高太阳能主动式采暖系统保证率，王登甲等通系统中由于诱导虹吸和回压作用导致水封晃动、漏失现象，分析和预测过对蓄热水箱热工过程进行分析，建立蓄热水箱模型，利用ＣＦＤ软件复杂管网内的压力水平，确定产生瞬间压力波动的位置。对蓄热水箱内竖向温度分布进行计算分析。研究结论表明，水箱进出采用ＤＲＡＩＮＥＴ模型可对排水管网中固体的转输模式进行模拟分管流速越小，温度分层越明显，流速在０．０１～０．０５ｍ／ｓ范围内时为最佳析，由此得到固体转输速度与固体直径和密度、周围水流速度、初始流工况点，作者建议用于采暖的供水管的位置至少应在２／３水箱高度以态、管径、坡度和在管道中所处位置等因素之间的关系。上为宜。采用ＡＩＲＮＥＴ模拟管网中水流的排放状况、空气的运动情况以及２．６细水雾灭火系统相应的瞬态压强和存水弯的变化，借助该模型可以预测系统出现故障ＣＦＤ技术在消防研究方面已经成为必备的研究工具，在火灾模拟时可能导致的污染过程。中被广泛采用。采用ＳＩＰＨＯＮＥＴ模型能够精确模拟不同情况下虹吸式雨水排水系张伟等采用ＦＤＳ对灭火过程进行模拟，研究在不同火源的距离、统的运行特性，解释虹吸式雨水排水系统在初始充水阶段管道中的移雾化条件、以及各种通风耦合条件下细水雾的灭火效果。研究表明，火动水跃现象。源位于喷头正下方时，烟气温度很快下降；喷雾粒径大小对烟气降温有采用ＲＯＯＦＮＥＴ模型能够模拟各种天沟雨水流态，输出天沟雨水很大影响，在粒径为５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ测试条件下，５０μｍ时的烟气的流速、水深和流量等参数。除了自由泄流外，ＲＯＯＦＮＥＴ模型也能够降温效果最优。模拟障碍物对雨水斗泄流的影响，还能模拟天沟溢流工况并确定溢流２．７建筑节水节能发生的位置。为了减轻生活用水压力、减少污水排放量进而减轻生活污水处理２．１ＣＦＤ在建筑屋面雨水排水中的应用压力，彭志威等建立了坐便器冲洗过程的ＣＦＤ模型，将模型应用于坐［２］陈中涛使用ＦＬＵＥＮＴ软件对多斗虹吸式排水系统数值模拟，发便器冲洗过程的仿真试验来预测内部流道压力场变化，并根据预测值现随着雨水斗个数的增加，管道内负压明显升高，系统流量明显增加；优化与冲洗性能密切相关的虹吸管道。研究结论表明，出水段长度对各雨水斗流量不一致，越靠近竖直管段，雨水斗斗底负压越大，流量越虹吸性能有很大影响。长度为１７７ｍｍ～２２７ｍｍ时，负压值随长度增加大；各三通处局部损失较大，对雨水斗排水流量有明显影响。而增加，虹吸作用随之增强，冲洗性能趋好；长度为２２７ｍｍ时，坐便器２．２ＣＦＤ在污水管道通风中的应用用水量从６Ｌ降至５Ｌ，排污水量随之减少。［３］葛毅采用商用ＣＦＤ计算软件Ｆｌｕｅｎｔ对高水箱喷射虹吸式座便３ＣＦＤ技术在建筑给排水中的发展前景器管道内流场进行二维紊流数值模拟，进而对坐便器进行了改进，经模随着计算机图形学、计算机微机技术的快速进步，ＣＦＤ技术已在建型验证，改进后管道内的流态更有利于虹吸。说明了以ＣＦＤ软件为基筑给排水专业各个领域已有相关的研究方法，解决了很多工程问题。础进行座便器管道改进是可行的。但是，开展ＣＦＤ方面的研究仍存在很多的问题需要研究。当前，ＣＦＤ［４］［５］陈雪宇应用ＣＦＤ软件ＦＬＵＥＮＴ研究了洗脸盆排水对存水弯·４６·\n２０１６年第４期（总第１８１期）江西建材建筑与规划设计人工岛开发前期规划研究初探■张彭华■深圳市新城市规划建筑设计有限公司厦门分公司，广东深圳５１８０００摘要：人工岛一般拥有优越的区位条件和自然景观条件１．４．２填海造陆（人工岛形成）对区域景观的影响分析关键词：规划研究初探资源优势利用现状总结本项目人工岛形成后，将在开阔的大盘浅滩海域景观中加入大体量的人工构筑物景观，人工岛开发方案设计的好坏、项目整体空间关系１项目概况的把握，直接影响该区的整体景观。漳州开发区海、陆、空交通便捷，距台湾台中港仅１２０海里，距漳州１．４．３山体缺口对城市景观影响分析市区五十公里，距鹰厦铁路漳州站４７公里，现正在筹建连接开发区与本项目取料场设在开发区二区主要交通干道－－南滨大道西侧，鹰厦铁路的支线，距漳厦高速公路入口约二十公里，距３２４国道约四十且在南太武高尔夫球场视野范围内；取料场山体破坏面较大且相对突公里。出，且项目施工周期相应较长，容易在开采后出现长时间的山体缺口裸１．１距离露。因本项目取料造成的鼎仔内山山体缺口将对区域景观造成较大影人工岛圆心距离鼎仔内山较近，约２５００米，其余周边各山体均在响。３５００米之外，都主要作为背景出现。人工岛距离破灶屿较近，在２０００２海水淡化米之内，与厦门本岛和鼓浪屿隔海相望，距离在７公里左右。其余各大２．１海水淡化背景及发展小岛屿散布在较远的海域中。在世界上许多临海的国家或地区，海水淡化已经成为与传统水源１．２现状总结同样重要的新兴水源，将海水淡化用作为有效缓和或解决水资源供需１．２．１岛内洋流与外海之间的互通与调控失衡的方案。通过对岛体形状的合理分割，将洋流引入岛内，实现岛内与外海的２．２蒸馏法互通，一方面不会引起泥沙淤积造成堵塞，另一方面可以尽可能地减小将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水。这个过程与海对环境的影响，同时还可以利用潮汐发电，以及实现海水分质利用。水逐渐变咸的过程是类似的，只不过人类要攫取的是淡水。优缺点：蒸（１）水文环境动力。潮流。人工岛位于厦门外港海域，潮流性质属于馏法会消耗大量的能源，并在仪器里产生大量的锅垢，相反得到的淡水正规浅水半日型，即在每太阴日（２４时５０分）中有两次高潮和低潮。却并不多。本海域因受外海潮波影响较明显，故涨潮历时稍大于落潮历时，大潮平２．３冷冻法均涨潮历时为６ｈ２０ｍｉｎ，落潮历时为５ｈ５３ｍｉｎ。小潮情况相似。平均潮冷冻海水，使之结冰，在液态淡水变成固态的冰的同时，盐被分离差３８５ｃｍ，最大潮差５５１ｃｍ，最小潮差１２７ｃｍ。波浪。厦门港的波浪是了出去。优缺点：同样要消耗许多能源，得到的淡水却味道不佳，难以由风浪和涌浪组成的混合浪，而以风浪为主，本浅滩面朝向东北，又濒使用。临厦门外港，故常浪主要来自于ＮＥ。而强浪主要来于ＳＥ方向的台风。２．４反渗透法这两个方向的波浪常对浅滩的周边海岸产生强烈侵蚀作用。最大波高利用半透膜来达到将淡水与盐分离的目的。优缺点：反渗透法最３．１ｍ（１９９４．７．１０，９４０６号台风），平均波高０．９ｍ。泥沙。在本区ＮＥ大的优点就是节能，生产同等质量的淡水，它的能源消耗仅为蒸馏法的及偏Ｅ向盛行风浪及强风浪的作用下，本区沿岸泥沙流的运移方向主１／４０。要为由北往南输移。２．５太阳能法１．３人工岛回填填料利用太阳能进行蒸馏。利用收集太阳能的热量进行蒸馏，将太阳本工程围填区绝大部份水深在６ｍ以内，属滨海湿地范畴，人工岛能采集与脱盐工艺两个系统结合，是一种可持续发展的海水淡化技术。陆域回填过程类似于“先围堰后回填”，产生入海悬浮泥沙源强较小，优缺点：安全、环保。不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高。取土区位于二区鼎仔内山南侧山脉，回填土石方属中生代花岗岩，回填２．６低温多效２砂料外购。取土面积约３７．１６ｈｍ，取土方量，约１４６７万方。多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个１．４环境影响预测综合分析与评价结论蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。优１．４．１工程区潮流流态的变化与分析缺点：低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的方法之一。相比现状方案流场，在大磐浅滩中心建造人工岛占用海区２～２．７多级闪蒸２３ｋｍ，将使大磐内湾流势发生变化。多级闪蒸海水淡化是将经过加热的海水，依次在多个压力逐渐降檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪技术在建筑给排水工程中的应用中，主要存在以下几方面的问题：第文，２００７（０５）．一，ＣＦＤ技术理论模型是否都满足各个工程的特点，误差是否在可接受［３］葛毅．虹吸管道内流场的数值模拟和试验研究．湖南大学硕士学位范围内。第二，建筑给排水系统均为动态系统，因此，在边界条件设置、论文，２００７（０４）．网格划分以及后期图形可视化等方面均具有很大的难度。为了更好的［４］陈雪宇，黄晓家，谢水波，等．计算流体动力学（ＣＦＤ）在建筑排水系使ＣＦＤ技术应用于给排水工程中，应继续加强在计算方法，瞬态边界统中的应用．给水排水．２００９，３５（１１）：２０４～２０８．条件设定，可视化软件等方面的基础研究，使得ＣＦＤ技术在建筑给排［５］陈雪宇．建筑排水系统ＣＦＤ模拟研究，２０１０（５）．水工程中的应用能有更大的突破。［６］吴方义，陈海初，熊根良，等．基于Ｆｌｕｅｎｔ软件的恒温出水混水阀模拟．过程工程学报，２０１３，１３（１）：２３～２７．参考文献［７］游江，周亚素，赵敬德，等．逆流密闭式冷却塔热力特性数值模拟．建［１］王福军．计算流体动力学分析—ＣＦＤ软件原理与应用．北京：清华筑热能通风空调，２０１３，１３（１）：２３～２７．大学出版社，２００４．［２］陈中涛．虹吸式屋面雨水排水系统水力研究．浙江大学硕士学位论·４７·