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[摘 要]工业生产过程中，大量的循环水用于生产设备的冷却，水泵作为循环水的动力设备，其运行过程中产生大量的余热，特别是夏季室外温度较高时，泵房内的通风问题受到关注，本文采用流体模拟软件Airpak，就典型工况环境下水泵房室内气流组织进行数值模拟计算，并重点分析水泵工作地带的温度分布。模拟结果表明：采用机械送风对控制泵房内水泵工作地带的温度的分布最有利。
[关键词]水泵房；通风；气流分布；数值模拟
中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0308-02
1 引言
工业生产过程中，大型生产设备的冷却多以循环水的方式实现。作为冷却介质动力源——水泵，在其运行中产生大量的余热，若地下水泵房内的余热不能及时有效的排出，在严酷夏季等环境时，因设备散发热量的累积，致使温度分布不均、甚至局部温度升高。泵房内的高温环境不仅会加速电气的绝缘老化，造成电气设备失灵，甚至可能造成设备的过热烧坏，地下泵站的通风问题受到关注。
近年来，对地下建筑室内气象参数展开了广泛的研究，取得了一系列的研究成果。就地下泵房来说，受室内各种管道布置的影响，难以采用局部通风的方式消除余热，所以采用全面通风的方式来调节室内温度已普遍的被工程实际应用，泵站设计规范对其泵房内的空气参数做了明确严格的规定，现有文献多数研究泵房内的气流组织，且仅原则性的提出了各种方案，但是对于泵房内电动机层工作地带和水泵层的温度分布的研究偏少。本文采用计算流体力学（CFD）的方法，对某地下水泵房进行数值模拟，结合工程设计实际，通过三种方案对比，提出更合理的通风方案。
2 模型描述
2.1 几何模型
本文选取某工程的地下水泵房的作为研究对象，泵房建筑形式，建筑物、设备尺寸等均為工程设计的值，本文根据数值模拟的需要做了适当的简化。
水泵房的长×宽×高：35m×13m×9m，其中地坪以下为4m。泵房内单级双吸离心泵共5台，单台功率N=315kW/380V。卧式水泵（电机）中心标高为-3.080m，水泵基础高度为-3.750m，管道中心高度-3.200m。水泵的散热量按单台Q=15kW考虑。水泵房的平面图及几何模型如图1、图2所示。
2.2 理论模型
2.2.1 控制方程
室内的空气运动中满足气体连续方程、动量方程和能量方程。
2.2.1.1 连续方程
2.2.1.2 动量方程
2.2.1.3 能量方程
2.2.2 湍流模型
1） 室内零方程模型
Chen等人提出一种新的零方程模型用以解决通风空调房间气流组织的数值计算问题。
2） RNG k-模型
RNG算法从暂态Navier-Stokes方程得出湍流能量k及其耗散率的RNG 湍流模型。
3 数值模拟
3.1 边界条件及预期值
气象参数选用该项目所在地的室外空气参数作为计算的依据。室外通风计算温度是30.4℃，风速是2.7m/s，最热月相对湿度是64%，夏季主导风向为西南。
根据规范要求，地下式或半地下式泵房的水泵层温度<33℃，相对湿度<80%，电动机层工作地带的温度不能超过32.4℃（室外温度+2℃），相对湿度<75%。
根据工程设计的需要，本文分别从自然通风、机械送风自然排风、自然进风机械排风等三种通风方式讨论。本工程设计时，机械送风或排风的工程设计风量约为30000m3/h。
3.2 模拟结果分析
3.2.1 自然通风
通过窗下的百叶窗进风，由屋顶设置风帽来排风实现自然通风。从X方向典型断面云线图中看出，泵房内的温度分布较均匀，观察到气流略有热浮上升的现象。Y方向上水泵工作层的温度分布亦较均匀，但温度均值约为47℃高于限值。说明自然通风不足以消除室内设备运行产生的余热。
3.2.2 机械排风自然进风
由窗下百叶窗进风，屋顶设置排风机实现机械排风。结合温度云线图看出，X方向上气流受负压的作用，呈现出明显的上升趋势。Y方向上室内温度分布明显较自然通风有所改善，水泵工作层的温度分布较为均匀。说明室内气流在屋顶风机负压的驱动下，室内两侧冷风下沉，热气流上升，对室内气流温度的降低有利。
3.2.3 机械送风自然排风
本文的机械送风是由边墙风机通风风管送至室内工作面，之后又窗下百叶排出。从温度云线图可知，水泵工作层的气流温度受风口射流的作用，温度分布呈现出较为明显的条状分布特征，且冷气流直接作用于散热设备的附近空气，通过直接（或间接）热交换，更能容易的排出室内的余热。
3.2.4 平均温度场分布
结合上述通风方式、各断面云线图和各平均温度场分布，对于地下水泵房，当室内设备散热量较大时，仅由自然通风难以满足泵房内的通风需要。当通风系统的风量满足时，无论采用机械送风还是机械排风的通风方式，均能基本满足设计要求。而在相同的通风量下，机械送风的方式为最佳。
4 结论
本文结合工程设计实际，对于地下式水泵房，就自然通风、机械排风、机械送风的三种通风方式，通过Airpak的模拟计算，可得出如下结论：
1） 自然通风的方式难以消除泵房内的的余热，水泵工作层的温度高但分布较为均匀，该环境下对水泵运行不利。
2） 在相同的通风量下，机械送风的通风方式略优于机械排风的通风方式，且当自然排风口位于下部时易形成类“穿堂风”，通风效果更好。
3） 实际工程设计中，应根据水泵房的建筑物的特点以及泵房内设备的布置，综合考虑各种因素，采用适当的通风方式，消除室内的余热，确保水泵的正常运行。
参考文献
[1] 李金娟.浅谈泵房通风措施[J].制冷与空调，2011.10第25卷增刊，187～190
[2] 泵站设计规范（GB 5026-2010）[S].北京：中国计划出版社，2011
[3] 胡文斌，刘丽娜.半地下变电站室内通风与气流组织分析[J]. 哈尔滨商业大学学报，第27卷 第3期，2011.6，346～349
[4] 王婧，王晋生，袁丽等.地下柴油电站通风方式优化及模拟[J]. 制冷与空调， 第24卷第5期， 2010.10，5～6
[5] 郭春信，尧勇，李刻铭.地下柴油发电站机房的通风与降温设计[J].暖通空调，2007，37（2）：71-75.
[6] 陈晓春，朱颖心，王元.零方程模型用于空调通风房间气流组织数值模拟的研究[J].暖通空调， 2006，第36卷 第8期，19-24
[7] Fluent Inc. Airpak 3.0 User's Guide[M]. May 2， 2007，
[关键词]水泵房；通风；气流分布；数值模拟
中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0308-02
1 引言
工业生产过程中，大型生产设备的冷却多以循环水的方式实现。作为冷却介质动力源——水泵，在其运行中产生大量的余热，若地下水泵房内的余热不能及时有效的排出，在严酷夏季等环境时，因设备散发热量的累积，致使温度分布不均、甚至局部温度升高。泵房内的高温环境不仅会加速电气的绝缘老化，造成电气设备失灵，甚至可能造成设备的过热烧坏，地下泵站的通风问题受到关注。
近年来，对地下建筑室内气象参数展开了广泛的研究，取得了一系列的研究成果。就地下泵房来说，受室内各种管道布置的影响，难以采用局部通风的方式消除余热，所以采用全面通风的方式来调节室内温度已普遍的被工程实际应用，泵站设计规范对其泵房内的空气参数做了明确严格的规定，现有文献多数研究泵房内的气流组织，且仅原则性的提出了各种方案，但是对于泵房内电动机层工作地带和水泵层的温度分布的研究偏少。本文采用计算流体力学（CFD）的方法，对某地下水泵房进行数值模拟，结合工程设计实际，通过三种方案对比，提出更合理的通风方案。
2 模型描述
2.1 几何模型
本文选取某工程的地下水泵房的作为研究对象，泵房建筑形式，建筑物、设备尺寸等均為工程设计的值，本文根据数值模拟的需要做了适当的简化。
水泵房的长×宽×高：35m×13m×9m，其中地坪以下为4m。泵房内单级双吸离心泵共5台，单台功率N=315kW/380V。卧式水泵（电机）中心标高为-3.080m，水泵基础高度为-3.750m，管道中心高度-3.200m。水泵的散热量按单台Q=15kW考虑。水泵房的平面图及几何模型如图1、图2所示。
2.2 理论模型
2.2.1 控制方程
室内的空气运动中满足气体连续方程、动量方程和能量方程。
2.2.1.1 连续方程
2.2.1.2 动量方程
2.2.1.3 能量方程
2.2.2 湍流模型
1） 室内零方程模型
Chen等人提出一种新的零方程模型用以解决通风空调房间气流组织的数值计算问题。
2） RNG k-模型
RNG算法从暂态Navier-Stokes方程得出湍流能量k及其耗散率的RNG 湍流模型。
3 数值模拟
3.1 边界条件及预期值
气象参数选用该项目所在地的室外空气参数作为计算的依据。室外通风计算温度是30.4℃，风速是2.7m/s，最热月相对湿度是64%，夏季主导风向为西南。
根据规范要求，地下式或半地下式泵房的水泵层温度<33℃，相对湿度<80%，电动机层工作地带的温度不能超过32.4℃（室外温度+2℃），相对湿度<75%。
根据工程设计的需要，本文分别从自然通风、机械送风自然排风、自然进风机械排风等三种通风方式讨论。本工程设计时，机械送风或排风的工程设计风量约为30000m3/h。
3.2 模拟结果分析
3.2.1 自然通风
通过窗下的百叶窗进风，由屋顶设置风帽来排风实现自然通风。从X方向典型断面云线图中看出，泵房内的温度分布较均匀，观察到气流略有热浮上升的现象。Y方向上水泵工作层的温度分布亦较均匀，但温度均值约为47℃高于限值。说明自然通风不足以消除室内设备运行产生的余热。
3.2.2 机械排风自然进风
由窗下百叶窗进风，屋顶设置排风机实现机械排风。结合温度云线图看出，X方向上气流受负压的作用，呈现出明显的上升趋势。Y方向上室内温度分布明显较自然通风有所改善，水泵工作层的温度分布较为均匀。说明室内气流在屋顶风机负压的驱动下，室内两侧冷风下沉，热气流上升，对室内气流温度的降低有利。
3.2.3 机械送风自然排风
本文的机械送风是由边墙风机通风风管送至室内工作面，之后又窗下百叶排出。从温度云线图可知，水泵工作层的气流温度受风口射流的作用，温度分布呈现出较为明显的条状分布特征，且冷气流直接作用于散热设备的附近空气，通过直接（或间接）热交换，更能容易的排出室内的余热。
3.2.4 平均温度场分布
结合上述通风方式、各断面云线图和各平均温度场分布，对于地下水泵房，当室内设备散热量较大时，仅由自然通风难以满足泵房内的通风需要。当通风系统的风量满足时，无论采用机械送风还是机械排风的通风方式，均能基本满足设计要求。而在相同的通风量下，机械送风的方式为最佳。
4 结论
本文结合工程设计实际，对于地下式水泵房，就自然通风、机械排风、机械送风的三种通风方式，通过Airpak的模拟计算，可得出如下结论：
1） 自然通风的方式难以消除泵房内的的余热，水泵工作层的温度高但分布较为均匀，该环境下对水泵运行不利。
2） 在相同的通风量下，机械送风的通风方式略优于机械排风的通风方式，且当自然排风口位于下部时易形成类“穿堂风”，通风效果更好。
3） 实际工程设计中，应根据水泵房的建筑物的特点以及泵房内设备的布置，综合考虑各种因素，采用适当的通风方式，消除室内的余热，确保水泵的正常运行。
参考文献
[1] 李金娟.浅谈泵房通风措施[J].制冷与空调，2011.10第25卷增刊，187～190
[2] 泵站设计规范（GB 5026-2010）[S].北京：中国计划出版社，2011
[3] 胡文斌，刘丽娜.半地下变电站室内通风与气流组织分析[J]. 哈尔滨商业大学学报，第27卷 第3期，2011.6，346～349
[4] 王婧，王晋生，袁丽等.地下柴油电站通风方式优化及模拟[J]. 制冷与空调， 第24卷第5期， 2010.10，5～6
[5] 郭春信，尧勇，李刻铭.地下柴油发电站机房的通风与降温设计[J].暖通空调，2007，37（2）：71-75.
[6] 陈晓春，朱颖心，王元.零方程模型用于空调通风房间气流组织数值模拟的研究[J].暖通空调， 2006，第36卷 第8期，19-24
[7] Fluent Inc. Airpak 3.0 User's Guide[M]. May 2， 2007，