方腔内多块孤立平板对流换热的数值研究.doc

改善厂房自然通风效果的内隔墙及其辐射换热特性的研究 摘 要：为了提高厂房的自然通风效率，改善工作区热环境，铝电解工业厂房出现了一种新的建筑形式——在电解槽体的两端距离外墙一定尺寸处分别增设了一面多孔内隔墙。文章研究内隔墙在厂房内与各表面间所进行的辐射换热，以确定其在厂房自然通风中所起的作用。室外空气通过内隔墙进入工作区，与多孔内隔墙表面进行对流换热，同时多孔内隔墙表面与厂房内其它表面进行辐射换热。采用蒙特卡洛法计算了各表面之间辐射角系数，并利用光照系数法得到了多孔内隔墙与其它表面间辐射换热量表达式，建立了内隔墙辐射对流耦合热平衡方程，为新建筑形式厂房自然通风系统研究设计提供了理论依据。 关键词：自然通风，铝电解厂房，多孔内隔墙，蒙特卡洛法，光照系数法 Abstract: In order to increase the efficiency of natural ventilation and improve the air quality in the potroom, a novel construction is considered. The perforated brick wall is located on the side of the pot, respectively. The paper discusses the radiation between the brick and the other surfaces, and finds the perforated walls is helpful. The fresh air enters the operation region, and has convection with the perforated walls, together with radiation. Monte-Carlo method is used to calculate the shape factors, and the Lighting Factor method is applied for the radiation between the surfaces. The balance formula of the convection combined with radiation is obtained, which provides the fundamentals for the design of natural ventilation of the potroom. Keywords: natural ventilation, potroom, perforated brick wall, Monte-Carlo method, Lighting Factor method 1 引言 我国铝电解工业的高速发展，单台电解槽容量不断增大，相应工业厂房逐步扩大，传统建筑形式的工业热厂房自然通风效率低，工作区的环境差[1]。常规铝电解厂一般为单跨厂房、双层结构，其自然通风系统如图1所示。针对于此，出现了一种新的，即在厂房内的楼板上槽体两端、离外墙一定分别设置了一面内隔墙。在热压的作用下室外空气从楼板下部的外窗进入，大部分空气沿楼板通过电解槽体经由槽间的固定格栅进入厂房，这部分空气带走槽体散发出的大量余热和污染物，降低槽体表面温度；另一部分空气进入后则沿楼板的开口向上通过多孔内隔墙进入室内工作区，这部分空气主要是改善工作区的环境，最终这两部分空气均通过厂房上部通风器排到室外。这种形式的自然通风系统与传统形式的系统相比，。 图1传统建筑形式的厂房示意图 图2 设置多孔内隔墙后的厂房示意图 2 多孔内隔墙的影响 多孔内隔墙是图2所示新建筑形式厂房的重要标志，与图1所示传统形式建筑厂房相比，可能起到了如下影响作用： （1）从减少室外气候因素的影响角度看：一般厂房自然通风设计中只考虑热压作用的影响，忽略风压作用，然后对风压的影响进行定性考虑。图所示的自然通风系统去掉了传统形式的楼板上部外窗，室外空气通过下部外窗进入，然后通过多孔内隔墙进入厂房，这样从程度上减少了风压不确定性作用的影响，使自然通风效果更接近于设计下的状况。从改善工作区的空气品质看：室外空气大部分经地下室由电解槽周围的固定格栅进入厂房，小部分经由楼板开口处进入。多孔内隔墙上的小孔对由的空气起到一定诱导作用，使新鲜空气进入工作区，带走余热和污染物，进一步改善了工作区的空气品质。从阻挡沿外墙内表面下降的热气流看：电解槽体作为厂房内一强热源，其上部形成不断上升的热羽流，上升过程中不断卷吸周围空气。在达到屋顶附近时开始向四周扩散，并沿墙壁下降，到一定高度和室外空气混合又进入工作区