基于環(huán)保排氣裝置的流場分析

湯明春，戴志強

（揚州船用電子儀器研究所，江蘇 揚州 225001）

0 引言

對于多廠房的廢氣排放問題，通過多廠房間排氣管道的連接，匯集與集中排放，達到廢氣集中整治的目的。通過對風道的流體仿真與分析，模擬風機參數(shù)與風機工作部位調整（在進風口或出風口兩種部位設置風機的方式）對于整體流體的影響，從而選取合適的風機及其工作部位，來控制預期的廢氣排放指標［1］。同時可以借鑒國內對于管道輸送氣體的部分工程計算實例的經(jīng)驗［2］。

1 廠房間管道設計

考慮到現(xiàn)實中冷熱廢氣密度不同，在空氣中的分布不同，故在管道進口處設置頂部與低部兩個排氣口，比較大的廠房設置兩組，如圖1 所示為管道進口末端細節(jié)。

整體風道的布置圖如圖2、圖3 所示，分為12 個廠房，其中有大廠房設置兩組。將各個進風末端匯聚的廢氣通過4 個排氣口匯聚于一個容器后，容器設置了幾個出風口。同時本文的管道模型存在較多的三通關節(jié)，會在進口拐彎處存在壓強的集中現(xiàn)象［3］。所以對于壓強的仿真計算也是方案選定的參考之一。

圖1 管道進口末端細節(jié)

圖2 廠房整體排氣布置圖

圖3 排氣管道布置三維圖

2 排氣風機位置設計

現(xiàn)實中的風機排氣方式有兩種，一種是在進口加進口風機，另一種是在出口加出口風機，本文通過比較兩種通風方式來指導工程實際。

2.1 進風口加風扇仿真分析

通過在每個進風口安裝風機，按照表1 中的理論輸入流量設置分機參數(shù)，利用流體仿真，設定流體域為管道內部的空氣，出口處的邊界條件設為開口自由端，進行仿真分析。表1 和表2 所示為仿真測得的進出口流量比較，理論輸入輸出流量為設置值。

表1 進口加風扇時的入口流量、壓強對比

表2 進口加風扇時的出口流量、壓強對比

廠房實際設置3 個排氣口，選定風機，設定風機流量為表中理論輸入流量值，可以測得出風口空氣排出流量大小的理論值與仿真值，以及出口壓強（見表2）。

流體仿真計算得到的壓強、流量分布如圖4、5 所示，可以用來直觀理解表1、2 中的數(shù)值。

輸入和輸出的體積流差113 469-106 486=6 983 m3/h，因為管道較長、流阻較大的緣故，在排氣的過程中存在6.2%的空氣壓縮量，從壓強分布圖中，可以測得空氣每經(jīng)過一個拐彎點，壓強降低60 Pa 左右，與弧形拐彎中氣體壓頭損失的計算一致。

2.2 出風口加風扇仿真分析

圖4 進風口加風扇時壓強分布圖

圖5 進風口加風扇時流量分布圖

通過在出風口安裝風機，按照表3 中的理論輸出流量設置風機參數(shù)，風機曲線（流量—壓強曲線）如圖6 所示。

圖6 出口風機曲線設置

表3 出口加風扇時的出口流量、壓強對比

利用流體仿真，設定流體域為管道內部流動的空氣，進口處的邊界條件為開口自由端，進行仿真分析。

流體仿真計算得到的壓強、流量分布如圖7、8 所示，可以用來直觀理解表3、4 中的數(shù)值。從壓強分布圖中，可以測得空氣每經(jīng)過一個拐彎點，壓強降低70 Pa 左右，與弧形拐彎中氣體壓頭損失的計算一致。

輸入和輸出的體積流差192 m3/h，相對于進風口加風機的方式流量損失較小。

比較兩種風機安裝方式后發(fā)現(xiàn)：1）存在延程壓力損失與局部壓力損失，計算得到的氣體壓降為定值（8 000 Pa左右）［4-5］。仿真得到的進風口加風機的壓降為7 680 Pa，出風口加風機的壓降為9 775 Pa。2）因為不同位置加風機產(chǎn)生的效率不同，進風口加風機會產(chǎn)生6 983 m3/h 的流量損失，出風口加風機則是192 m3/h。

表4 出口加風扇時的進口流量、壓強對比

3 結語

根據(jù)進風口與出風口加風機的兩種方式比較，集中排氣從可執(zhí)行性與節(jié)約成本的角度考慮有其特有的優(yōu)勢，同時保障進氣口的流量、壓強與進風口加風機方式的效果相當。對于長管道空氣排放而言，由于管道關節(jié)多，運輸距離長，存在較大流阻的緣故，會產(chǎn)生流量差，而出風口加風機的方式可以更好地解決這一問題，因此優(yōu)先考慮在出風口加排氣風機的方式。

圖7 出風口加風扇時壓強分布圖

圖8 出風口加風扇時流量分布圖

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