煙氣流動模擬分析軟件暖通空調(diào)室

關(guān)鍵詞：煙氣流動模擬分析軟件，煙氣流動模擬分析軟件（CFD），消防安全評估軟件，結(jié)構(gòu)安全計(jì)算分析軟件

在本示例中，將使用暖風(fēng)、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）功能對加熱和在兩個(gè)房間里循環(huán)空氣。我們將定義一個(gè)房間的火災(zāi)，以演示暖通空調(diào)網(wǎng)絡(luò)如何將煙霧分布到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。

暖通空調(diào)系統(tǒng)被描述為風(fēng)管段和節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)可以連接兩個(gè)或多個(gè)風(fēng)管（例如，三個(gè)風(fēng)管的T形連接），也可以是HVAC風(fēng)管連接到FDS計(jì)算域或域外無限環(huán)境空隙的端點(diǎn)。暖通空調(diào)網(wǎng)絡(luò)由線（風(fēng)管）和點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）組成。只需在暖通空調(diào)系統(tǒng)連接到FDS域的通風(fēng)口處繪制真實(shí)幾何圖形。

 

圖1. 暖通空調(diào)模型。

本示例演示如何：

 

• 創(chuàng)建暖通空調(diào)節(jié)點(diǎn)和風(fēng)管。
• 創(chuàng)建一個(gè)暖通空調(diào)風(fēng)扇。
• 確定通風(fēng)口上的暖通空調(diào)表面。
• 使用設(shè)備繪制暖通空調(diào)參數(shù)。

 

在本例中，說明將描述使用菜單對話框輸入的數(shù)據(jù)。這樣做是為了清晰和一致。然而，PyroSim同時(shí)提供繪圖工具和快捷工具欄，可以加速許多任務(wù)。可以嘗試這些替代的模型創(chuàng)建方法。
 

啟動新模型

開始一個(gè)新的模式。

1. 在“文件”菜單上，單擊“新建”。

2. 在“視圖”菜單上，單擊“單位”，然后選擇“國際單位”以使用公制顯示值。

3. 保存模型。在“文件”菜單上，單擊“保存”并選擇文件夾。命名文件暖通空調(diào)室.psm.

4. 單擊“確定”保存模型。
 

計(jì)算網(wǎng)格

在這個(gè)例子中，將使用一個(gè)10m×10.25m×3m的網(wǎng)格和0.25m的單元格。

1. 在“模型”菜單上，單擊“編輯網(wǎng)格”。

2. 單擊新建。

3.單擊確定創(chuàng)建新網(wǎng)格

4. 在“Min X”框中鍵入0，在“Max X”框中鍵入10。

5. 在“Min Y”框中，鍵入-5.125，在“Max Y”框中，鍵入5.125.

6. 在“Min Z”框中，鍵入0.0，在“Max Z”框中，鍵入3.0.

7. 在“X單元格”框中，鍵入40。

8. 在“Y單元格”框中，鍵入41。

9. 在“Z單元格”框中，鍵入12。

10. 單擊“確定”保存更改并關(guān)閉“編輯網(wǎng)格”對話框。

11. 在工具欄上，單擊“將視圖重置為可見對象”。

你會注意到，在Y方向上，對網(wǎng)格進(jìn)行了排列，使得有奇數(shù)個(gè)單元?jiǎng)澐郑⑹咕W(wǎng)格在Y=0平面上對稱。原因是將要使用墻將網(wǎng)格劃分為兩個(gè)房間。FDS將幾何圖形“捕捉”到柵格邊界。希望這堵墻0.25m厚，所以這是額外Y細(xì)胞的原因。

 

創(chuàng)建管道外殼

嚴(yán)格地說，只需要定義暖通網(wǎng)絡(luò)連接到FDS計(jì)算域的通風(fēng)口位置的障礙物。然而，在這個(gè)模型中，我們將表示整個(gè)管道幾何圖形，部分原因是它使可視化更加真實(shí)。

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建障礙物”。

2. 在“ID”框中，鍵入“Duct Enclosure”。

3. 單擊“指定顏色”，然后選擇您選擇的顏色（文章使用了單調(diào)的灰色）。

4. 單擊“幾何體”選項(xiàng)卡。

5. 在“Min X”框中，鍵入0，在“MaxX”框中，鍵入1。

6. 在“Min Y”框中鍵入-3，在“MaxY”框中鍵入3。

7. 在“Min Z”框中，鍵入2；在“MaxZ”框中，鍵入2.5。

8. 單擊“確定”創(chuàng)建障礙物。

 

創(chuàng)建一個(gè)墻

一堵墻會把網(wǎng)格分成兩個(gè)房間。

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建障礙物”。

2. 在“ID”框中，鍵入Wall。

3. 單擊“幾何體”選項(xiàng)卡。

4. 在“MinX”框中鍵入0，在“MaxX”框中鍵入10。

5. 在“MinY”框中鍵入-0.125，在“MaxY”框中鍵入0.125。

6. 在“MinZ”框中，鍵入0，在“MaxZ”框中，鍵入3。

7. 單擊“確定”創(chuàng)建障礙物。

 

創(chuàng)建通風(fēng)口

在該模型中，在HVAC風(fēng)管段的末端使用通風(fēng)口連接到FDS計(jì)算域。我們將把送風(fēng)口放在送風(fēng)管上，進(jìn)風(fēng)口放在墻上。要?jiǎng)?chuàng)建送風(fēng)口：

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建通風(fēng)孔”。

2. 在“ID”框中，鍵入“Right Supply Vent”。

3. 在“表面”列表中，選擇“HVAC”。

4. 單擊“幾何”選項(xiàng)卡。

5. 選擇X平面并在框中鍵入1.0。

6. 在“MinY”框中鍵入-3，在“MaxY”框中鍵入-2.5。

7. 在“MinZ”框中，鍵入2.0，在“MaxZ”框中，鍵入2.5。

8. 單擊“確定”，然后再次單擊“確定”以接受轉(zhuǎn)換為暖通空調(diào)通風(fēng)口。

 

現(xiàn)在我們將復(fù)制右邊的排氣口來制作左邊的排氣口。

1. 在“導(dǎo)航”視圖中，在右側(cè)送風(fēng)口上單擊鼠標(biāo)右鍵，然后單擊“復(fù)制/移動”。

2. 選擇復(fù)制。

3. 在“偏移”中的“Y”框中鍵入5.5。

4. 單擊“確定”。

5. 在“導(dǎo)航”視圖中，在復(fù)制的通風(fēng)孔上單擊鼠標(biāo)右鍵，然后將其重命名為“Left Supply vent”。

 

回風(fēng)口將定位于墻上。要?jiǎng)?chuàng)建右回風(fēng)口，請執(zhí)行以下操作：

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建通風(fēng)孔”。

2. 在“ID”框中，鍵入Right Return Vent。

3. 在“表面”列表中，選擇“HVAC”。

4. 單擊“幾何”選項(xiàng)卡。

5. 選擇Y平面并在框中鍵入-0.125。

6. 在“Min X”框中，鍵入8；在“Max X”框中，鍵入9。

7. 在“Min Z”框中，鍵入2.25，在“MaxZ”框中，鍵入2.75。

8. 單擊“確定”，然后再次單擊“確定”以接受轉(zhuǎn)換為暖通空調(diào)通風(fēng)口。

 

現(xiàn)在我們將復(fù)制右回風(fēng)口來制作左回風(fēng)口。

1. 在樹狀圖中，右鍵單擊右側(cè)回風(fēng)口，然后單擊“復(fù)制/移動”。

2. 選擇復(fù)制。

3. 在“偏移”中的“Y”框中鍵入0.25。

4. 單擊“確定”。

5. 在“導(dǎo)航”視圖中，在復(fù)制的通風(fēng)孔上單擊鼠標(biāo)右鍵，然后將其重命名為Left Return通風(fēng)孔

 

結(jié)尾一步是在通風(fēng)位置添加HVAC節(jié)點(diǎn)。為此：

1.在導(dǎo)航視圖中，按CTRL鍵并選擇我們剛才制作的四個(gè)通風(fēng)口（右送風(fēng)口、左送風(fēng)口、右回風(fēng)口、左回風(fēng)口）。

2. 在選定的通風(fēng)口上單擊鼠標(biāo)右鍵，然后單擊“添加HVAC節(jié)點(diǎn)”。

3. 使用與通風(fēng)口匹配的名稱重命名編號的HVAC節(jié)點(diǎn)（例如，HVAC右側(cè)送風(fēng)節(jié)點(diǎn)）。

 

圖2。管道阻塞及供、回風(fēng)口

圖2顯示了管道阻塞以及送風(fēng)和回風(fēng)孔。值得重復(fù)的是，需要在暖通空調(diào)網(wǎng)絡(luò)的末端設(shè)置通風(fēng)口，以便將暖通空調(diào)計(jì)算與FDS計(jì)算域連接起來。

 

創(chuàng)建暖通空調(diào)網(wǎng)絡(luò)

我們現(xiàn)在創(chuàng)建HVAC網(wǎng)絡(luò)。這是由風(fēng)管、節(jié)點(diǎn)和風(fēng)扇組成的網(wǎng)絡(luò)，由單獨(dú)的模塊計(jì)算，然后將結(jié)果耦合到FDS解決方案。如上所述，這種耦合發(fā)生在特殊的暖通空調(diào)通風(fēng)口。

我們現(xiàn)在創(chuàng)建HVAC節(jié)點(diǎn)。開始，我們將在兩個(gè)送風(fēng)管道的連接處添加一個(gè)HVAC節(jié)點(diǎn)。

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建HVAC節(jié)點(diǎn)”。

2. 在ID中，輸入HVAC Supply Node Junction。

3.單擊Geometry選項(xiàng)卡。

4. 在X框中輸入1，在Y框中輸入0，在Z框中輸入2.25。

5. 單擊OK。
 

現(xiàn)在，在兩個(gè)回水管道的連接處添加一個(gè)HVAC節(jié)點(diǎn)。

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建”“HVAC節(jié)點(diǎn)”。

2. 在ID中，鍵入HVAC Return Node Junction。

3. 單擊“幾何體”選項(xiàng)卡。

4. 在X框中輸入8.5，在Y框中輸入0，在Z框中輸入2.5。

5. 單擊“確定”。

 

現(xiàn)在我們創(chuàng)建暖通空調(diào)風(fēng)扇。在本例中，我們將創(chuàng)建一個(gè)風(fēng)扇，并且只使用一次，但這可以擴(kuò)展到在許多位置使用同一個(gè)風(fēng)扇。要?jiǎng)?chuàng)建風(fēng)扇：

1. 在“模型”菜單上，單擊“編輯HVAC”。

2. 單擊“新建”，選擇“類型為風(fēng)扇”，然后在“名稱”框中鍵入“風(fēng)扇，2 m^3/s”。單擊“確定”。

3. 對于風(fēng)扇型號，選擇“恒定流量”，然后在“體積流量”框中選擇“類型2”。

4. 單擊“確定”關(guān)閉“編輯HVAC”對話框。

圖3：顯示暖通空調(diào)節(jié)點(diǎn)位置的俯視圖。

現(xiàn)在我們定義了暖通空調(diào)管道。這些必須連接暖通空調(diào)節(jié)點(diǎn)。我們先制造正確的供給管道。
  

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建”“HVAC風(fēng)管”。

2. 在ID中，鍵入HVAC Right Supply Duct。

3. 對于節(jié)點(diǎn)1，選擇“暖通空調(diào)送風(fēng)節(jié)點(diǎn)連接”，對于節(jié)點(diǎn)2，選擇“暖通空調(diào)右側(cè)送風(fēng)節(jié)點(diǎn)”。

4. 單擊“確定”創(chuàng)建風(fēng)管。

 

圖4：創(chuàng)建暖通空調(diào)風(fēng)管 1。

 

對左側(cè)送風(fēng)管重復(fù)上述步驟。

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建”“HVAC風(fēng)管”。

2. 在ID中，鍵入HVAC Left Supply Duct。

3. 對于節(jié)點(diǎn)1，選擇“暖通空調(diào)送風(fēng)節(jié)點(diǎn)連接”，對于節(jié)點(diǎn)2，選擇“暖通空調(diào)左側(cè)送風(fēng)節(jié)點(diǎn)”。

4. 單擊“確定”創(chuàng)建風(fēng)管。
 

對兩個(gè)回流管重復(fù)此過程。

 

制作右回風(fēng)管

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建”“HVAC風(fēng)管”。

2. 在ID中，鍵入HVAC Right Return Duct。

3. 對于節(jié)點(diǎn)1，選擇“HVAC回路節(jié)點(diǎn)連接”，對于節(jié)點(diǎn)2，選擇“HVAC右回路節(jié)點(diǎn)”。

4. 單擊“確定”創(chuàng)建風(fēng)管。

 

對左回風(fēng)管重復(fù)上述步驟。

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建”“HVAC風(fēng)管”。

2. 在ID中，鍵入HVAC Left Return Duct。

3. 對于節(jié)點(diǎn)1，選擇“HVAC回路節(jié)點(diǎn)連接”，對于節(jié)點(diǎn)2，選擇“HVAC左回路節(jié)點(diǎn)”。

4. 單擊“確定”創(chuàng)建風(fēng)管。
 

模型中現(xiàn)在有四個(gè)暖通空調(diào)管道，分別用于管網(wǎng)的送風(fēng)側(cè)和回風(fēng)側(cè)。

然后，我們定義了連接送風(fēng)和回風(fēng)中心節(jié)點(diǎn)的風(fēng)管

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建”“HVAC風(fēng)管”。

2. 在ID中，鍵入HVAC Fan Duct。

3. 對于節(jié)點(diǎn)1，選擇“暖通空調(diào)回路節(jié)點(diǎn)連接”，對于節(jié)點(diǎn)2，選擇“暖通空調(diào)送風(fēng)節(jié)點(diǎn)連接”。

4. 單擊“流模型”選項(xiàng)卡，選擇流設(shè)備作為風(fēng)扇（不是基本風(fēng)扇）。在風(fēng)扇下拉菜單中，選擇先前創(chuàng)建的風(fēng)扇，2 m^3/s。

5. 流動方向是從節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)2。

6. 單擊“確定”。

注意，對于我們創(chuàng)建的這個(gè)風(fēng)扇，可以使用控件來激活和停用

圖5：暖通空調(diào)網(wǎng)絡(luò)（標(biāo)簽已關(guān)閉）。

 

暖通空調(diào)設(shè)備

我們使用設(shè)備來繪制暖通空調(diào)的數(shù)量。可以繪制風(fēng)管和節(jié)點(diǎn)數(shù)量，我們將分別用其中一個(gè)進(jìn)行說明。先是繪制管道速度的設(shè)備。

1. 在“設(shè)備”菜單上，單擊“新建”“HVAC風(fēng)管設(shè)備”。

2. 在“名稱”框中鍵入HVAC Velocity，然后在“數(shù)量”菜單中選擇[HVAC Quantity]。這將打開“選擇數(shù)量”對話框。

3. 對于“數(shù)量”，選擇“風(fēng)管的速度”，并在“暖通空調(diào)風(fēng)管”中選擇“暖通空調(diào)風(fēng)管”。

4. 單擊“確定”關(guān)閉“選擇數(shù)量”對話框，然后再次單擊“確定”關(guān)閉“HVAC設(shè)備”對話框

 

現(xiàn)在是一個(gè)繪制回風(fēng)溫度的裝置。

1. 在“設(shè)備”菜單上，單擊“新建HVAC節(jié)點(diǎn)設(shè)備”。

2. 在“名稱”框中鍵入Right Return Temperature，然后在“數(shù)量”菜單中選擇[暖通空調(diào)數(shù)量]。這將打開“選擇數(shù)量”對話框。

3. 對于“數(shù)量”，選擇“流過節(jié)點(diǎn)的流量溫度”，然后在“暖通空調(diào)”節(jié)點(diǎn)中選擇“暖通空調(diào)右回路節(jié)點(diǎn)”。

4. 單擊“確定”關(guān)閉“選擇數(shù)量”對話框，然后再次單擊“確定”關(guān)閉“HVAC設(shè)備”對話框。

 

切片平面

切片平面可用于在PyroSim結(jié)果顯示中顯示二維輪廓。在此分析中，我們將保存速度數(shù)據(jù)以備將來繪制。要定義剖切面，請執(zhí)行以下操作：

1. 在“輸出”菜單上，單擊“二維切片”。

2. 通過在表1中輸入值來填充表格。您可以單擊行號以選擇要復(fù)制和粘貼的整行，從而加快輸入速度。

3. 單擊“確定”關(guān)閉“動畫平面切片”對話框

 

單擊“顯示切片”工具以啟用/禁用切片的顯示

表1：切片平面數(shù)據(jù)

指定仿真特性

1. 在“分析”菜單上，單擊“仿真參數(shù)”。

2. 在“結(jié)束時(shí)間”框中，鍵入20。

3. 單擊“確定”
 

保存并運(yùn)行模擬

1. 在“文件”菜單上，單擊“保存”。

2. 在“FDS”菜單上，單擊“運(yùn)行FDS”。

3. FDS仿真對話框?qū)⒊霈F(xiàn)并顯示仿真的進(jìn)度。

4. 模擬完成后，PyroSim結(jié)果將自動啟動并顯示模型的三維圖像。

 

查看切片數(shù)據(jù)

1. 在樹列中單擊展開“二維切片>速度”。

2. 雙擊Y=-2.625以顯示該位置的速度切片。

3. 雙擊Y=2.875以顯示該位置的速度切片。

4. 在樹列中單擊展開“二維切片向量>速度”。

5. 雙擊Z=2.250以在該位置顯示矢量切片。

 

速度等值線圖如圖6所示。注意回流孔的流量。

圖6：模型中的速度，使用切片和矢量切片平面的組合繪制。

在工具欄上，選擇“打印設(shè)備結(jié)果”。管道直徑為0.3048m，因此在體積流量為2m3/s時(shí)，管道中的預(yù)期流速為27.4m/s。
 

圖7：管道中的流速。

 

向模擬中添加火和煙

為了演示HVAC網(wǎng)絡(luò)如何在整個(gè)模型中分布煙霧，我們將在一個(gè)房間中添加一個(gè)火，并觀察它在room 2中的顯示。

 

救火模型

要保存火災(zāi)模型，請執(zhí)行以下操作：

1. 在“文件”菜單上，單擊“另存為”。

2. 將文件命名為hvac_room_fire.psm.

3. 單擊“確定”保存模型。

 

反應(yīng)

定義此模擬的反應(yīng)。

1. 在“模型”菜單上，單擊“編輯反應(yīng)”。

2. 單擊“從庫中添加”按鈕，選擇聚氨酯反應(yīng)，并將其移動到當(dāng)前模型。單擊“關(guān)閉”。

3. 單擊“確定”關(guān)閉對話框。

 

創(chuàng)建火表面

在本例中，我們定義了一個(gè)燃燒器(火)表面，以500 kW/m2的速率釋放熱量

1. 在“模型”菜單上，單擊“編輯表面”。

2. 單擊新建。

3.在“表面名稱”框中，鍵入“火”。

4. 在表面類型列表中，選擇燃燒器。

5. 單擊OK創(chuàng)建燃燒器表面。

6. 在火表面的“熱量釋放”選項(xiàng)卡中，，選擇“單位面積放熱率”(HRRPUA)，選擇“500”。

7. 單擊OK保存更改并關(guān)閉“編輯表面”對話框。

 

創(chuàng)建火

現(xiàn)在我們在模型中定義火災(zāi)位置。

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建通風(fēng)孔”。

2. 在“ID”框中，鍵入Fire Vent。

3. 在“表面”列表中，選擇“火”。

4. 單擊“幾何”選項(xiàng)卡。在“平面”列表中，選擇“Z”，然后在“位置”框中鍵入0.0。

5. 在“Min X”框中，鍵入6；在“Max X”框中，鍵入7。

6. 在“MinY”框中，鍵入-3，在“Max Y”框中，鍵入-2。

7. 單擊“確定”以創(chuàng)建新的燃燒器通風(fēng)孔。

 

添加一個(gè)通風(fēng)口以表示打開的門

現(xiàn)在我們將定義一個(gè)打開的通風(fēng)口來表示一個(gè)打開的門。這將為火災(zāi)提供新鮮空氣供應(yīng)，并提供一個(gè)開口，使加熱的空氣能夠排放到大氣中。如果我們不這樣做，房間里的平均氣壓會隨著空氣被火加熱而增加

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建通風(fēng)孔”。

2. 在“ID”框中，鍵入Door。

3. 在“表面”列表中，選擇“打開”。這是FDS中始終可用的特殊表面。

4. 單擊“幾何”選項(xiàng)卡。在“平面”列表中，選擇“X”，然后在“位置”框中鍵入10。

5. 在“Min Y”框中，鍵入1；在“Max Y”框中，鍵入2。

6. 在“Min Z”框中，鍵入0，在“Max Z”框中，鍵入2.5。

7. 單擊“確定”創(chuàng)建打開的門

 

保存并運(yùn)行模擬

1. 在“文件”菜單上，單擊“保存”。

2. 在“FDS”菜單上，單擊“運(yùn)行FDS”。

3. FDS仿真對話框?qū)⒊霈F(xiàn)并顯示仿真的進(jìn)度。

4. 模擬完成后，PyroSim結(jié)果將自動啟動并顯示模型的三維圖像。

 

觀看煙火

1. 在“PyroSim結(jié)果”窗口中，雙擊“3D Smoke”以加載HRRPUV和煙塵質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)集。

煙霧圖如圖8所示。

圖8：模型中的煙霧分布。有火的房間里的煙被吸入回風(fēng)口，然后混合并分配到 room 2。

在工具欄上，選擇Plot Device Results，然后選擇Right Return T，如圖9所示。

圖9：火災(zāi)房間回風(fēng)管道內(nèi)的空氣溫度。

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