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某商业综合体项目冷却塔CFD模拟优化分析

摘要随着我国社会经济和城市化进程的快速发展，近十年来大型综合体项目越来越多。由于综合体具有容积率高，建筑密度大，人流密集等特点，其中央空调系统冷却塔的布置越来越受制于建筑条件，噪声、散热都成为重点关注的对象，因此利用CFD通风模拟技术对冷却塔通风效果进行优化分析，是解决冷却塔散热问题的重要手段之一。

关键词商业综合体冷却塔散热CFD模拟优化分析

0引言

随着我国经济水平、城市建设的持续发展，大型综合体随之兴起，其特点建筑体量大，功能复杂化、多样化，由于建筑的冷负荷密度较大，南方地区气温较高，综合体的空调系统基本全年都在运行，所以冷却塔的位置摆放往往就成为项目中设计的重难点，建筑专业考虑各种美学因素，往往对冷却塔加以遮挡，对冷却塔的散热提出更高的要求，必要时需要引入CFD模拟等手段，通过模拟数据分析，找到合理的解决方案。????????????????????????

1项目案例简介

图1?冷却塔位置示意图

本工程位于深圳南山区，共有18台流量为700T的冷却塔，均放置在裙房屋面，但该屋面周围有建筑及幕墙遮挡，如图1所示，通风条件较差，需通风模拟校核。

通过CFD模拟，在现有屋顶冷却塔的布置设计下，分析各组冷却塔的运行性能：

?冷却塔进口相对湿度（湿球温度）分布

?冷却塔实际进风与额定工况的差异

?各组冷却塔的返混率

?冷却塔的运行工况下的散热量

?冷却塔周围环境的整体相对湿度分布及空气流场分析

2边界条件及计算模型的建立

2.1冷却塔及周围环境参数

表1?深圳市夏季室外设计参数

气象参数

深圳夏季环境干球温度

33.7℃

深圳夏季环境湿球温度

27.5℃

室外平均风速

2.2m/s

夏季室外最多风向

东偏南22.5°

表2?冷却塔设计参数

冷却塔参数

出口风量（风速）

1780m3/min（9.44m/s）

出口温度

33.7℃

出口湿球温度（相对湿度）

33.45（98.5%）

2.2计算模型

计算模型及机组编号详图2.

图2?冷却塔塔组编号

2.3模型的简化说明

a)四周及顶部格栅设置为多孔介质，孔隙率0.85

b)冷却塔底部管道及水泥基础设置为多孔介质，孔隙率0.4

c)风机出口参数设置为固定值，导风筒等效为圆柱面

d)冷却塔进口填料设置为多孔介质，孔隙率0.85

2.4工况设置

在四种不同工况下进行模拟，工况设置基于最不利工况考虑。

工况

说明

工况一

无风

工况二

东南风22.5°

3模拟结果分析

下面分析四种不同工况下，冷却塔运行情况模拟结果。从以下四个方面进行：气流流场分析（仅分析工况一~三）、冷却塔进风口风量及返混率分析、环境及冷却塔进口相对湿度分析、冷却塔散热量分析。

3.1工况一

3.1.1气流流场分析

图3?工况一空气气流流线图

??空气由冷却塔进口面进入，由出口吹向周围环境，由于周围没有环境风的影响，冷却塔出口气流方向保持垂直向上。

图4工况一冷却塔出口切面速度矢量图

（颜色深浅代表气流相对湿度大小）

??冷却塔出口相对湿度较高的气流方向垂直向上，冷却塔进口向周围环境抽入相对湿度较低（62.3%）的空气。

3.1.2冷却塔进风口风量及返混率分析

??由于模型的环境温度和冷却塔出口温度皆为33.7℃，用温度无法计算其返混率，因而，返混率的计算通过相对湿度换算得到：

?（1）

式中——返混率；——入口相对湿度；——出口相对湿度；——环境相对湿度。

表3?工况一冷却塔进风口风速及返混率表

南侧进风口

风量

m3/min

返混率

北侧进风口

风量

m3/min

返混率

1

4111.2

0.003

1

2983.4

0.006

2

3584.3

0.007

2

3510.3

0.031

3

3644.0

0.026

3

3450.6

0.023

4

2731.4

0.016

4

4363.2

0.002

5

4329.6

0.003

5

2795.3

0.028

6

3664.2

0.150

6

3513.2

0.206

7

2667.3

0.064

7

4490.9

0.003

8

4289.4

0.003

8

2774.9

0.274

9

3697.0

0.246

9

3314.8

0.185

10

2659.4

0.211

10

4371.6

0.003

11

4258.7

0.003

11

2827.7

0.200

12

3685.7

0.182

12

3326.2

0.267

13

2650.6

0.294

13

4372.3

0.003

14

4337.0

0.003

14

2765.7

0.007

15

3621.7

0.017

15

3555.6

0.155

16

2723.0

0.0