案例五 柴油发电机散热应用

柴油发电机组是数据中心的重要组成部分，在市电失效时应快速启动供电。柴油发电机的排烟口高度、排烟方向、排风口朝向，是否设置遮挡均需经过反复的核对，要综合考虑风向、建筑设计、布局、距离等因素来确定。由于实际工程环境的复杂性，在设计方案中往往无法准确判断出其气流组织形式是否合理，因此，需要借助CFD仿真对室外热环境进行评估。以下为柴发排烟室外散热案例。

1、模型描述

本次案例为园区柴发机组级别。园区共有4个平台，共包含46台柴发机组，分上下两层放置，其中西北角平台放置10台机组，其余3个平台各放置12台机组。一层平台高度为6.5m。柴油发电机组参数为：散热量：1694kw，排烟温度为484℃，排烟流量为513.5m3/min,排风量为180000m3/h。

模拟的工况为：柴发开启状态下，环境温度30.1℃，风速2.1m/s，风向垂直排风口吹入。园区柴发机组的3D物理模型如图1所示。

2、研究方案

三种方案的模型如图1所示，方案1在柴发机组水平、竖直位置间以及上层机组顶面上均设置了隔风挡板，上层挡风隔断的高度为2m；方案2在方案1的基础上在四角的位置处增加了L形隔断，并将上层挡风格挡的高度增加至3m；方案3则将排风和排烟风管统一密闭在导风管中，统一由导风管向上排出，导风管上层高度到柴发机组上层3m。

方案1布局图	方案2布局图	方案3布局图
图2 方案布局图

3、仿真结果

首先对上层柴发机组进风口截面高度处的温度截面进行分析，如图3所示，

图3 上层柴发机组入口高度处温度分布图

由图3的方案1的温度结果平面图明显可以看出，柴发机组排风口处的温度分布很不均匀，气流组织紊乱相互影响严重，位于各平台两边的柴发机组的进风口温度明显受到排风的影响，且位于下风向的西侧柴发机组的进风口温度明显受到了位于上风向东侧柴发机组排风的影响。受影响的流线图如图4所示。

图4 方案1柴发机组之间相互影响温度流线图

由图3方案2的温度结果平面图可以看出，排风口处的高温范围缩小了很多，且因为增加了挡风隔断的高度，上下风向的机组之间相互影响减少很多。根据图3的方案3的温度结果平面图可以看出，柴发机组的排风已完全被导风管封闭，柴发机组进口高度处的温度已不受排风的影响，整个园区的温度场非常有序。

进一步对对柴发机组的进风温度进行分析，将柴发自身的进风温度导出绘制如图5所示。

由柴发机组进风温度分布图可以看出，仅加设一字形隔断，且最高处隔断高度为2m的方案1，其机组最高进风温度高达55.49℃，高出环境温度25.39℃（环境温度30.1℃），且进风温度超过40℃的柴发机组超过10台。而加设L形隔断并最高隔断高度为3m的方案2，其机组最高进风温度高达36.88℃，此进风温度对大多数柴发机组来说是可接受的。而加设导风管的方案3中，最高柴发机组进风温度为31.15℃，仅高出环境温度1℃左右，排风效果很理想。

4、结果分析

由仿真结果可以看出，若不有针对性的对四周柴发机组的排风气流进行引导，或隔断挡板的高度不够，都会使柴发机组的进风温度大幅度提高。除此之外，室外环境的风向和风速一年四季中是不断变化的，采用隔断挡板对排风气流进行“开口”引导，其气流引导效果仍不确定。而采用导风管则可以规避以上的风险，导风管可以让热气流只能沿着密闭的导管垂直方向向上排出，不会受不固定风向的影响，对其它设备的影响也是可控的。