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房間里循環(huán)空氣。我們將定義一個房間的火災(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)點的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點可以連接兩個或多個風(fēng)管（例如，三個風(fēng)管的T形連接），也可以是HVAC風(fēng)管連接到FDS計算域或域外無限環(huán)境空隙的端點。暖通空調(diào)網(wǎng)絡(luò)由線（風(fēng)管）和點（節(jié)點）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)點和風(fēng)管。
• 創(chuàng)建一個暖通空調(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。
 

計算網(wǎng)格

在這個例子中，將使用一個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)個單元劃分，并使網(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計算域的通風(fēng)口位置的障礙物。然而，在這個模型中，我們將表示整個管道幾何圖形，部分原因是它使可視化更加真實。

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)建一個墻

一堵墻會把網(wǎng)格分成兩個房間。

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。要創(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。要創(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。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”。

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

 

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)計算與FDS計算域連接起來。

 

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)點和風(fēng)扇組成的網(wǎng)絡(luò)，由單獨(dú)的模塊計算，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。開始，我們將在兩個送風(fēng)管道的連接處添加一個HVAC節(jié)點。

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建HVAC節(jié)點”。

2. 在ID中，輸入HVAC Supply Node Junction。

3.單擊Geometry選項卡。

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，在兩個回水管道的連接處添加一個HVAC節(jié)點。

1. 在“模型”菜單上，單擊“新建”“HVAC節(jié)點”。

2. 在ID中，鍵入HVAC Return Node Junction。

3. 單擊“幾何體”選項卡。

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風(fēng)扇。要創(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。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1，選擇“暖通空調(diào)送風(fēng)節(jié)點連接”，對于節(jié)點2，選擇“暖通空調(diào)右側(cè)送風(fēng)節(jié)點”。

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

4. 單擊“確定”創(chuàng)建風(fēng)管。
 

對兩個回流管重復(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1，選擇“HVAC回路節(jié)點連接”，對于節(jié)點2，選擇“HVAC右回路節(jié)點”。

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

4. 單擊“確定”創(chuàng)建風(fēng)管。
 

模型中現(xiàn)在有四個暖通空調(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1，選擇“暖通空調(diào)回路節(jié)點連接”，對于節(jié)點2，選擇“暖通空調(diào)送風(fēng)節(jié)點連接”。

4. 單擊“流模型”選項卡，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1到節(jié)點2。

6. 單擊“確定”。

注意，對于我們創(chuàng)建的這個風(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?？梢岳L制風(fēng)管和節(jié)點數(shù)量，我們將分別用其中一個進(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)點的流量溫度”，然后在“暖通空調(diào)”節(jié)點中選擇“暖通空調(diào)右回路節(jié)點”。

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，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)如何在整個模型中分布煙霧，我們將在一個房間中添加一個火，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。

 

添加一個通風(fēng)口以表示打開的門

現(xiàn)在我們將定義一個打開的通風(fēng)口來表示一個打開的門。這將為火災(zāi)提供新鮮空氣供應(yīng)，并提供一個開口，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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