复杂建筑环境中冷却塔风环境的数值模拟

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1、复杂建筑环境中冷却塔风环境的数值模拟彭小勇(南华大学)范晓樯（国防科技大学）摘要采用CFD模拟技术，分析了复杂建筑环境中布置的冷却塔的气流分布和气流温度分布，比较了不同工况下冷却塔的热工特性，提出了改善冷却塔有效运行的技术措施。算例结果表明，CFD模拟是解决此类问题的有效手段。关键词冷却塔风环境CFDNumericalSimulationofWindEnvironmentofCoolingTowerintheComplexEnvironmentofBuildingsPENGXiao-yong1,FANGXiao-qiang2（1.NanhuaUniversity

2、;2.NationalUniversityofDefenceTechnology）Abstract:TheCFD(computationalfluiddynamics)technologyisusedtosimulatethedistributionofflowfieldandairflowtemperatureofcoolingtowerwhichissetinthecomplexenvironmentofbuildings.Bycomparingthethermalcharacteristicsofcoolingtowerunderdifferentwork

3、ingconditions,thetechnicalmeasuresthatcanmakethecoolingtowerworkingeffectivelyisgiveninthispaper.ThenumericalresultsshowthattheCFDtechnologyisaneffectivemethodforsuchproblems.Keywords:coolingtower;windenvironment;CFD1引言冷却塔作为空调系统的主要组成部分，如果它不能有效地发挥作用，将直接影响到整个空调系统的制冷效果和能耗。影响冷却塔有效工作的因素很多

4、，其中冷却塔的布置是影响其热工特性的主要因素之一。文献[1]就冷却塔的布置对其热工特性的影响，包括冷却塔和周边建筑、冷却塔和冷却塔、成组冷却塔等的布置的相互影响做了系统地分析和实验研究。此外，冷却塔的布置不当，其热羽流不能有效地抬升、输运和扩散，不仅会组成湿热气流返混，同时也会影响周边环境的空气质量。文献[2]对冷却塔水温与军团病的滋生、繁殖做了分析，指出军团病菌主要是由冷却塔热羽流来传播，冷却塔湿热气流可散布在几百米的范围。事实上，冷却塔的布置必须考虑其所在的场所的气流环境，尤其是广大的民用建筑空调系统，冷却塔工作的风环境是难以用简单的工程经验方法来分析的，因

5、为它融入到了建筑或建筑群中，必须将冷却塔的热羽流和进风气流与建筑（群）的绕流一起考虑。而上述气流流态是复杂的、非线性的。目前，研究它们的方法主要有风洞实验和CFD（ComputationalFluidDynamics）模拟二种方法，前者由于实验周期长和费用高等因素的影响，应用面受到限制，大多是对一些重要工程的风环境做方案可行性的论证性实验；后者由其快捷、经济、可模拟复杂边界和多工况分析等特点，已广泛地被人们所应用。有关建筑风环境对冷却塔热工特性的影响，以及冷却塔热羽流对周边环境影响的研究还较为鲜见。本文采用CFD模拟技术，对复杂建筑环境中布置的冷却塔的空气环境做

6、了数值模拟。彭小勇，男，1961年12月生，副教授，地址：湖南省衡阳市南华大学建筑工程与资源环境学院261邮编：421001，电话：（0734）8142669，E-mail：pengxiaoyong@126.com2复杂建筑环境中布置的冷却塔风环境的CFD模拟2.1工程概况和气象参数采用CFD技术模拟冷却塔气流特性的建筑物地处南方某沿海城市，该建筑物空调工程选用三台500RT的横流式冷却塔，冷却塔布置在屋顶的东南边缘区域，四周均有建筑围护结构，围护结构中下方开有进风百叶，建筑外观要求冷却塔不得高出周边围护结构。该城市夏季空调期间室外气象参数：湿球温度为28℃；通

7、风（干球）温度为305；大气压力为100550；主导风向为南风，风速为2.5。2.2CFD方法和冷却塔运行工况（1）CFD方法数值模拟采用商业软件Fluent完成。数值模拟方法应用定常不可压缩Reynolds平均的Navier-Stokes方程和标准κ-ε湍流模型，物面边界条件为无滑移条件，冷却塔出风口给定气流速度和温度，回风口按出流条件设置；数值方法为有限体积法，对流项采用一阶迎风差分格式。（2）设计工况（见图1）由于受到建筑平面布局和建筑立面要求的限制，冷却塔不能按照技术规范的要求进行安装，冷却塔布置在凹槽中，进风口与墙间距过小，建筑墙面所开百叶窗面积不够，

8、进风风量和进风均匀性均得