260高速电梯气动特性研究与优化

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1、高速电梯气动特性研究与优化李晓冬I,王凯21.哈尔滨工业大学市政环境工程学院；2.中国民曲亢机场建设集团公司规划设计总院摘要：本论文主要采用CFD数值计算模拟方法，针对某公司开发的载重量为1000kg,运行速度为6m/s的单井道高速电梯进行数值模拟计算和优化。主要内容包括：对高速电梯轿厢原型进行模拟计算，找到其气动特性方面的主要缺陷；提出优化方案：电梯轿厢的顶部和底部加装导流罩，并验证和比较方案的优化效果。为高速电梯的设计提供必要的理论依据。关键词：高速电梯；数值模拟；优化；气动特性1引言随着世界科技和经济的发展，以及人

2、们对空间越来越人的要求，越来越多的现代化城市规划者把kl光投向了高层和超高层建筑。而建筑高度的增加，也必然会要求建筑内的电梯运行速度提高。电梯速度的提高，带来了一系列需要解决的技术问题。对于普通电梯，箱体的运行速度较低，因而所产生的气动阻力也相对较小，因此电梯的气动问题一向不被人重视，更没有人考虑气动力外形。近年来国外特别是口本的专家研究发现，在高速电梯运行时，气体在瞬时被急剧压缩，甚至会产生压力波⑴。同时箱体与井道Z间的缝隙处的气体，由于流动潮积的突然缩小，相对于箱体的流动速度便会突然增加,因此会产生很人的气动阻力，甚

3、至衣箱体上下游处町能会出现分离和旋涡，即所谓的隧逆气动效应，这将直接影响到箱体的气动阻力和气动噪音。除了增加载荷外，对电梯运行的安全性和乘客的舒适性也会产生影响⑵。本文结合某公司开发的具体项目，利用计算流体力学软件Fluent针对运行速度为6nVs的高速电梯的气动特性进行数值模拟计算，找到高速电梯轿厢原世存在的主要气动缺陷；提出合理的轿厢外形优化方案，并对优化方案进行模拟分析和比较。2电梯原型气动特性分析2」计算模型本课题针対某公司开发的运行速度为6m/s,载重M1000kg的单井道高速电梯进行研究计算。电梯井道截面为2

4、000mmx2100mm的矩形；电梯轿厢截面为1600mmx1500mm的矩形，轿箱的高度为2350mm；电梯轿厢壁距离电梯井道前壁(电梯门方向)、左壁、右壁距离电梯井道两侧壁均为200mm,电梯轿厢壁距离电梯井道后壁距离为400mm。在实际工程屮，高速电梯的轿厢外形及井道内的气流运动都是十分复杂的，完全按照实际情况进行建立计算模型将是十分闲难的，同时也会使计算结果的代表性差。因此有必要对电梯的物理模型进行边界条件上的简化，以便计算过程更加简化，同时也使结果具有更广泛的代表性。为了达到以上目的，在本次模拟计算中，对物理模

5、型的边界条件做了如下的简化和假设：(1)将整个运动过程假设为电梯井道和轿厢静止，气流从轿厢外以6m/s的速度流向轿厢。在实际运动中，电梯井道壁静止，轿厢相对井道运动，从而带动井道内的空气产生运动。这样假设会与实际运动状况有一定的差别，主要体现在井道壁与空气之间的相对运动速度变人了。但本课题现阶段研究内容为电梯轿厢外形的优化，空气相对井道间的运动速度变化对•研究轿厢影响不大。(2)将电梯轿厢简化为规则的1600mmx1500mmx2350mm的封闭长方体。忽略钢缆、电梯轿厢顶部机械设备及轿厢内通风对电梯轿厢周围气流的影响。

6、(3)忽略井道内空气的烟囱效应的影响。由于烟囱效应造成的空气流动速度相对鬲速电梯的运动速度来说很小，而R电梯的运动是双向的，即轿厢的运动方向与竖井内的空气由于烟囱效应造成的运动有一半时间是相同的，另一半时间是相反的。因此把烟囱效应造成的影响忽略是合理的。按照简化后的物理模型，将计算模型建为如图1的形式。整个计算模型山电梯轿厢、井道壁、进风口及排风口四部分组成。各部分的边界条件及属性如下：电梯轿厢为1600mmxl500mmx2350mm的封闭长方体，轿厢屮心坐标(0,0,0)o电梯井道壁——为2000mmx21OOmmx

7、SOOOmm的长方体，上下两端开口，中心朋标(0,-100,-1500)。围成竖井的四个面为绝热墙体。进风口为2000mmx2100mm的长方形，处于竖井顶端。为沱流速送风口，送风速度为6m/s。排风口——为2000mmx2100mm的长方形，处于竖井底端，为口由排风口。流体——模型内的流体为空气，温度为20°C,按理想气体考虑。2.2模拟结果及分析图1电梯原型计算模型高速电梯轿厢外型气动特性主要是通过气流绕过轿厢的速度场和压力场的分布以及轿厢受到的气动阻力來表现的，所以本部分的主要内容是：分析电梯轿厢周围的压力场；分析

8、电梯轿厢周围的速度场;分析电梯轿相所收到的阻力和电梯轿厢•的绕流阻力系数。图2为模型x=0与y=0截面上的静压力场和速度场分布。表1为电梯轿厢受力参数。1叫02106^02984e«0188U«017«<*01685e«01585^01485*<013«^01285e*01•114^01-2—01•3-414^01•