排烟风机模拟
以下是关于排烟风机系统模拟的详细技术方案，涵盖关键步骤和注意事项：
一、排烟风机模拟目的
- 性能验证：评估风机在不同工况下的流量、压力、效率等参数。
- 系统优化：优化管道布局、风机选型，减少压降和能耗。
- 安全分析：确保火灾时排烟量符合规范（如NFPA/GB51251）。
- 故障模拟：分析风机或阀门故障对系统的影响。
二、模拟工具选择
| 工具名称 | 适用场景 | 优势 |
|---|---|---|
| ANSYS Fluent | 高精度CFD模拟（湍流、热烟流动） | 多物理场耦合 |
| Pyrosim (FDS) | 火灾烟气扩散动态模拟 | 消防专用，支持燃烧模型 |
| CONTAM | 建筑通风网络模型（快速计算） | 适合大规模系统 |
| MATLAB/Simulink | 控制系统动态响应模拟 | 算法开发、PID控制验证 |
三、关键模拟步骤
1. 几何建模与简化
- 3D模型：用SolidWorks/Revit建立风机、管道、空间几何（需简化突出物）。
- 网格划分：
- 边界层加密（Y+<5，适用于湍流模型）。
- 示例：离心风机叶轮区域网格尺寸≤5mm。
2. 物理模型设置
- 控制方程：N-S方程 + 能量方程（考虑浮力效应）。
- 湍流模型：推荐k-ε RNG或SST k-ω（平衡精度与计算量）。
- 烟气特性：
- 密度：理想气体或不可压缩（低速流动）。
- 温度：设置火灾热释放率曲线（如t²火）。
3. 边界条件
| 位置 | 参数设置示例 |
|---|---|
| 风机入口 | 压力入口（静压=0Pa） |
| 风机出口 | 质量流量出口（如5m³/s） |
| 排烟口 | 自由流出（环境压力） |
| 火源 | 热释放率HRR=2.5MW（中速火） |
4. 求解与收敛
- 算法：SIMPLEC耦合求解器。
- 收敛标准：残差<1e-4，监测出口流量波动<2%。
5. 后处理分析
- 关键结果：
- 压力-流量曲线（P-Q）验证风机工作点。
- 烟气层高度（保持距地面≥2m）。
- 能效指标：风机效率=输出功率/输入功率。
- 可视化：
- 速度云图（检查回流区）。
- 烟气浓度等值面（ISO-surface at 0.1kg/m³）。
四、常见问题与解决
-
发散问题：
- 检查网格质量（Skewness<0.9）。
- 逐步增加边界值（如分步提升风机转速）。
-
结果验证：
- 对比风机厂家性能曲线（±10%误差可接受）。
- 现场风速仪测试（测点距管道3倍直径处）。
-
计算效率：
- 使用对称边界条件（如轴对称风机）。
- 稳态模拟初始化为瞬态结果。
五、标准与规范参考
- 国际：NFPA 92（烟控系统设计）、ISO 21927-3。
- 国内：GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》。
- 能效标准：GB 19761-2020（通风机能效限定值）。
六、案例参考
某地铁站排烟系统模拟：
- 目标：火灾时6分钟内清除站台烟气。
- 方法：FDS模拟4台30m³/s风机联动。
- 结果：优化后烟气沉降时间从8min缩短至5.2min。
通过以上步骤，可系统化完成排烟风机模拟，确保设计合规性与可靠性。需根据具体项目需求调整参数（如高层建筑vs地下车库）。建议结合实验数据持续校准模型。
