CFD软件在热回收轮式AHU中的应用

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  • 来源:新工业网

热回收轮是空气处理单元(AHU)中的关键组件,通过在进气和排气之间传递热量(有时还包括湿气)来提高能效。CFD软件通过模拟空气流动、热传递和湿度变化,帮助优化热回收轮的设计和性能。

CFD模拟的主要功能

  1. 气流分析
    • 模拟热回收轮内的空气流场,包括进气和排气通道的压力、速度和湍流特性。
    • 优化轮体设计(如蜂窝结构)以减少压降和提高流动均匀性。
  2. 热传递建模
    • 计算轮体材料(如铝或聚合物)与空气之间的传热效率。
    • 分析感热(温度)和潜热(湿度)传递,特别是在使用焓轮(enthalpy wheel)时。
  3. 湿度传递(焓轮)
    • 模拟除湿剂涂层(如硅胶)的吸湿和释湿行为。
    • 评估湿度回收效率对整体能效的影响。
  4. 交叉污染评估
    • 量化排气向进气的微量泄漏(Exhaust Air Transit Ratio),确保空气质量。
    • 优化轮体密封和供气侧过压设计。
  5. 霜冻与能耗分析
    • 在寒冷气候下,模拟轮体结霜风险并优化防霜策略(如变速控制或预热)。
    • 评估旁通阀门(bypass damper)在不同工况下的能耗影响。

适用CFD软件

以下是一些常用于热回收轮分析的CFD软件(不限于特定品牌,仅列举常见类型):

  • 商业软件:如ANSYS Fluent、Simcenter STAR-CCM+,适合复杂多物理场模拟(流体、热、湿气耦合)。
  • 开源软件:如OpenFOAM,适合预算有限但需要高度定制化的项目,需较多手动设置。
  • CAD嵌入式软件:如SolidWorks Flow Simulation,适合快速原型设计和初步分析。
  • 专用工具:某些软件(如M-Star CFD)针对快速建模和特定应用(如多相流)优化。

CFD分析的关键步骤

  1. 几何建模
    • 创建热回收轮和AHU的3D模型,简化非关键部件以减少计算量。
    • 确保轮体蜂窝结构的细节(如孔隙率)被准确建模。
  2. 网格划分
    • 对轮体和空气通道使用精细网格以捕捉湍流和传热细节。
    • 采用自适应网格技术(如OpenFOAM的动态网格)以平衡精度和计算成本。
  3. 边界条件
    • 设置进气和排气的温度、湿度、流量的实际工况。
    • 定义轮体旋转速度(10-20 RPM)和材料属性(如导热系数)。
  4. 物理模型
    • 选择合适的湍流模型(如k-ω SST)以模拟空气流动。
    • 启用多相流或湿气传递模型(焓轮)以模拟潜热交换。
  5. 求解与后处理
    • 运行瞬态或稳态模拟,分析热回收效率、压降和交叉污染。
    • 可视化结果(如温度场、湿度分布)以识别设计改进点。

优势

  • 优化设计:通过模拟不同轮体材料、尺寸或转速,找到最佳能效方案。
  • 降低实验成本:虚拟测试减少物理原型的需求。
  • 适应复杂工况:模拟极端气候(如高温高湿或寒冷干燥)下的性能。

局限性

  • 计算资源需求:高精度模拟需要强大计算能力,特别是在焓轮湿度传递建模时。
  • 模型简化误差:轮体复杂几何的简化可能影响结果精度。
  • 专业性要求:需要CFD和HVAC领域的知识来设置合理模型和解释结果。

示例应用

在医院AHU设计中,CFD可模拟热回收轮在冬季将进气从0°C预热到15°C(利用24°C排气),或在夏季将进气从35°C预冷到25°C,优化能耗和舒适度。