電梯速度的提高，帶來了一系列需要解決的技術(shù)問題。對于普通電梯，箱體的運(yùn)行速度較低，因而所產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力也相對較小，因此電梯的氣動(dòng)問題一向不被人重視，更沒有人考慮氣動(dòng)力外形。近年來國外特別是日本的專家研究發(fā)現(xiàn)，在高速電梯運(yùn)行時(shí)，氣體在瞬時(shí)被急劇壓縮，甚至?xí)a(chǎn)生壓力波[1]。同時(shí)箱體與井道之間的縫隙處的氣體，由于流動(dòng)面積的突然縮小，相對于箱體的流動(dòng)速度便會(huì)突然增加，因此會(huì)產(chǎn)生很大的氣動(dòng)阻力，甚至在箱體上下游處可能會(huì)出現(xiàn)分離和旋渦，即所謂的隧逆氣動(dòng)效應(yīng)，這將直接影響到箱體的氣動(dòng)阻力和氣動(dòng)噪音。除了增加載荷外，對電梯運(yùn)行的安全性和乘客的舒適性也會(huì)產(chǎn)生影響[2]。
本文結(jié)合某公司開發(fā)的電梯模型(m.payasystemco.com)具體項(xiàng)目，利用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent針對運(yùn)行速度為6m/s的高速電梯的氣動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，找到高速電梯轎廂原型存在的主要?dú)鈩?dòng)缺陷;提出合理的轎廂外形優(yōu)化方案，并對優(yōu)化方案進(jìn)行模擬分析和比較。
2電梯模型氣動(dòng)特性分析
2.1計(jì)算模型
本課題針對某公司開發(fā)的電梯模型運(yùn)行速度為6m/s，載重量1000kg的單井道高速電梯進(jìn)行研究計(jì)算。電梯井道截面為2000mm×2100mm的矩形; 電梯模型轎廂截面為1600mm×1500mm的矩形，轎箱的高度為2350 mm; 電梯模型轎廂壁距離電梯井道前壁(電梯門方向)、左壁、右壁距離電梯井道兩側(cè)壁均為200mm，電梯模型轎廂壁距離電梯井道后壁距離為400mm。在實(shí)際工程中，高速電梯的轎廂外形及井道內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)都是十分復(fù)雜的，完全按照實(shí)際情況進(jìn)行建立計(jì)算模型將是十分困難的，同時(shí)也會(huì)使計(jì)算結(jié)果的代表性差。因此有必要對電梯的物理模型進(jìn)行邊界條件上的簡化，以便計(jì)算過程更加簡化，同時(shí)也使結(jié)果具有更廣泛的代表性。
為了達(dá)到以上目的，在本次模擬計(jì)算中，對物理模型的邊界條件做了如下的簡化和假設(shè)：
(1)將整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程假設(shè)為電梯模型井道和轎廂靜止，氣流從轎廂外以6m/s的速度流向轎廂。在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中，電梯井道壁靜止，轎廂相對井道運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)井道內(nèi)的空氣產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。這樣假設(shè)會(huì)與實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況有一定的差別，主要體現(xiàn)在井道壁與空氣之間的相對運(yùn)動(dòng)速度變大了。但本課題現(xiàn)階段研究內(nèi)容為電梯轎廂外形的優(yōu)化，空氣相對井道間的運(yùn)動(dòng)速度變化對研究轎廂影響不大。
(2)將電梯模型轎廂簡化為規(guī)則的1600mm×1500mm×2350mm的封閉長方體。忽略鋼纜、電梯轎廂頂部機(jī)械設(shè)備及轎廂內(nèi)通風(fēng)對電梯轎廂周圍氣流的影響。
(3)忽略井道內(nèi)空氣的煙囪效應(yīng)的影響。由于煙囪效應(yīng)造成的空氣流動(dòng)速度相對高速電梯的運(yùn)動(dòng)速度來說很小，而且電梯的運(yùn)動(dòng)是雙向的，即轎廂的運(yùn)動(dòng)方向與豎井內(nèi)的空氣由于煙囪效應(yīng)造成的運(yùn)動(dòng)有一半時(shí)間是相同的，另一半時(shí)間是相反的。因此把煙囪效應(yīng)造成的影響忽略是合理的。