煙囪效應(yīng)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
煙囪效應(yīng)的實(shí)例教程
如果從參考點(diǎn)向下移動(dòng)，則壓強(qiáng)會(huì)增加，具體增加多少則按照公式（1）計(jì)算，如果移動(dòng)到煙囪底部，那么公式（1）中的深度h就應(yīng)該用煙囪的高度代入計(jì)算。
圖6 煙囪的工作原理。淺灰色箭頭表示氣流方向。
（https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chimney_effect.svg）
接下來就是問題的關(guān)鍵了。由于煙囪內(nèi)的氣體溫度高于煙囪外的氣體溫度，所以煙囪內(nèi)的氣體密度ρi小于煙囪外的氣體密度ρo，所以，如果把公式（1）分別應(yīng)用于煙囪內(nèi)、外的流體，所計(jì)算得到的煙囪底部的壓強(qiáng)是不同的。顯然，由于ρi<ρo，所以在煙囪底部，煙囪內(nèi)部的壓強(qiáng)要小于煙囪外部的壓強(qiáng)。這個(gè)壓強(qiáng)差使得外面的氣流被抽進(jìn)煙囪里面。所以，煙囪實(shí)際上起到了一個(gè)風(fēng)機(jī)的作用，節(jié)省了鍋爐風(fēng)機(jī)的功率。這種效應(yīng)叫做“煙囪效應(yīng)”（chimney effect，也叫做stack effect）。圖6中標(biāo)出的數(shù)值101kPa是假定煙囪外的氣體密度ρo=1.225kg/m3算出的，而圖中標(biāo)注的100.5kPa是假定煙囪內(nèi)的氣體密度ρi=1.19kg/m3算出的。由于煙囪效應(yīng)帶來的壓強(qiáng)差是正比于煙囪的高度的，所以煙囪總是做得很高，以節(jié)省更多的風(fēng)機(jī)功率。
煙囪效應(yīng)有時(shí)候也會(huì)帶來很壞的影響，例如在火災(zāi)中。例如，2017年6月14日英國倫敦的格倫費(fèi)爾塔發(fā)生火災(zāi)，造成71人死亡（圖7）。事后有專家認(rèn)為，格倫費(fèi)爾塔的墻面覆蓋層與絕熱層之間的間隙形成了一個(gè)“煙囪”，其煙囪效應(yīng)加速了大火的擴(kuò)散。
圖7 格倫費(fèi)爾塔在燃燒中。
展開 今天我這個(gè)手殘UP的實(shí)驗(yàn)做得七七八八，也算努力讓大家看到了點(diǎn)效果，其實(shí)除了家鄉(xiāng)屋頂?shù)?em>煙囪和電廠的煙囪，在我們生活中的應(yīng)用“煙囪效應(yīng)”的場景還有很多。比如煙囪的近親，火電廠那些又胖又圓又高的冷卻塔，作用就是利用煙囪效應(yīng)，讓里面的空氣流速增大，更好地給熱水降溫。
另外，煙囪效應(yīng)還有更高大上的應(yīng)用：發(fā)電。澳大利亞有公司計(jì)劃建一個(gè)一公里長的煙囪，底部裝有跨度五千米的巨型集熱器，很像一個(gè)大棚。太陽輻射加熱后，大棚內(nèi)熱空氣沿著煙囪上升，在煙囪內(nèi)裝有渦輪，上升的氣流就推動(dòng)渦輪做功發(fā)電了，發(fā)電功率可達(dá)200MW。類似的項(xiàng)目還有很多，西班牙以及中國的西安，都有人嘗試，但基本都在概念試驗(yàn)階段。
煙囪效應(yīng)，除了以上這些正向的應(yīng)用，其實(shí)還有危險(xiǎn)所在。在高樓里面，有垂直上下長長的空間就類似煙囪。比如電梯井、樓梯間。這種結(jié)構(gòu)平常可以增強(qiáng)樓里的通風(fēng)，但是在火災(zāi)情況下，卻起到了助燃效果。低樓層起火時(shí)，火勢會(huì)在煙囪效應(yīng)下快速蔓延，非常危險(xiǎn)。
因此，高層建筑一般都會(huì)在電纜井、管道井這些地方，設(shè)置一些樓板作為隔檔，減弱煙囪效應(yīng)的危害。
本期關(guān)于煙囪效應(yīng)就講到這里啦，大家如果還想了解生活中哪些關(guān)于傳熱、流體等自然現(xiàn)象，歡迎給我留言，希望與你們一起探索大自然更多的奧秘。我們下期見！拜拜
展開 雙層幕墻熱氣流流體動(dòng)力學(xué)熱工模擬
煙囪效應(yīng)，是指戶內(nèi)空氣沿著有垂直坡度的空間向上升或下降，造成空氣加強(qiáng)對(duì)流的現(xiàn)象。煙囪效應(yīng)的產(chǎn)生。在有共享中庭、豎向通風(fēng)風(fēng)道、樓梯間等具有類似煙囪特征——即從底部到頂部具有通暢的流通空間的建筑物、構(gòu)筑物中，空氣（包括煙氣）靠密度差的作用，沿著通道很快進(jìn)行擴(kuò)散或排出建筑物的現(xiàn)象，即為煙囪效應(yīng)。
在建筑設(shè)計(jì)中，利用熱壓差實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)就是利用的“煙囪效應(yīng)”原理它是利用熱空氣上升的原理，在建筑上部設(shè)排風(fēng)口可將污濁的熱空氣從室內(nèi)排出，而室外新鮮的冷空氣則從建筑底部被吸入。熱壓作用與進(jìn)、出風(fēng)口的高差和室內(nèi)外的溫差有關(guān)，室內(nèi)外溫差和進(jìn)、出風(fēng)口的高差越大，則熱壓作用越明顯。在建筑設(shè)計(jì)中，可利用建筑物內(nèi)部貫穿多層的豎向空腔滿足進(jìn)排風(fēng)口的高差要求，并在頂部設(shè)置可以控制的開口，將建筑各層的熱空氣排出，達(dá)到自然通風(fēng)的目的。與風(fēng)壓式自然通風(fēng)不同，熱壓式自然通風(fēng)更能適應(yīng)常變的外部風(fēng)環(huán)境和不良的外部風(fēng)環(huán)境。
雙層玻璃幕墻外層玻璃受太陽輻射熱作用下，熱通道內(nèi)空氣被加熱，產(chǎn)生質(zhì)量力形成自然熱氣流，這種現(xiàn)象就是“煙囪效應(yīng)”。煙囪效應(yīng)在雙層玻璃幕墻中的使用，還有效的阻擋了熱量的傳遞，降低建筑墻體的傳熱系數(shù)，達(dá)到了節(jié)約建筑能耗的作用。
本次模擬計(jì)算我們作以下的基本假設(shè)：
①穩(wěn)定的外界環(huán)境條件；
②熱通道內(nèi)的空氣為不可壓縮牛頓流體，并且滿足Boussinesq假設(shè)；
③不考慮玻璃壁面蓄熱；
④假定幕墻密封性能好，不考慮空氣漆透；
⑤常溫下幕墻材料特性與溫度無關(guān)；
⑥忽略室外風(fēng)速的影響。
選用的計(jì)算模型：
①RNG k-ε湍流模型；
②DO熱輻射模型；
③太陽輻射模型。
計(jì)算結(jié)果：
文章來自微信公眾號(hào)CFD仿真
展開 半年前，我燒火給大家展示了“煙囪效應(yīng)”。解釋了煙囪和冷卻塔動(dòng)輒就上百米高的流體力學(xué)方面的原因。最近，又有善于觀察的小伙伴提出了新問題：煙囪和冷卻塔，為啥長的不一樣呢？瘦瘦的煙囪往往是直的，而胖胖的冷卻塔普遍是曲面。這曲面是有什么講究嗎？
不錯(cuò)，能區(qū)別煙囪和冷卻塔，已經(jīng)很厲害啦。今天我們就小小研究一下冷卻塔的“小蠻腰”。
冷卻塔通常高聳在發(fā)電廠，用來冷卻熱水。熱水經(jīng)過管道被送進(jìn)冷卻塔，常溫空氣在煙囪效應(yīng)的作用下從塔底進(jìn)風(fēng)口被吸入并向上流動(dòng)，同時(shí)將熱水的熱量帶走，就實(shí)現(xiàn)了冷卻熱水的效果。
這冷卻塔上面冒的白煙是小水滴，不會(huì)污染空氣很干凈，你可以把冷卻塔理解成是一個(gè)大號(hào)加濕器或者浪漫的造云機(jī)。
聽這工作原理，完全一個(gè)直筒就能實(shí)現(xiàn)呀，為什么要做成小蠻腰呢？其實(shí)，冷卻塔剛出生的時(shí)，確實(shí)不是小蠻腰，想當(dāng)年那還是第一次工業(yè)革命的時(shí)候，那時(shí)冷卻塔的形狀各式各樣，有直筒的、曲面的、八邊形筒的。
但隨著電廠發(fā)展，對(duì)冷卻能力的要求越來越高，咱們煙囪效應(yīng)那一期講過，越高產(chǎn)生的抽吸力越大，流經(jīng)的空氣越多，冷卻效果也就越好。
所以冷卻塔就越來越高大。插播：目前吉尼斯世界紀(jì)錄“最高的冷卻塔”位于我國內(nèi)蒙古，高度228米。
但高大就面臨著需要更多材料且對(duì)強(qiáng)度要求也更高，于是如何讓高高的冷卻塔既結(jié)實(shí)又省錢就十分重要。
1918年，荷蘭工程師Frederik和Gerard發(fā)明了單葉雙曲線小蠻腰形冷卻塔，專利中稱，這結(jié)構(gòu)有意想不到的強(qiáng)度，且使用的建筑材料少，極其經(jīng)濟(jì)。雖然專利里沒寫理論依據(jù)，但設(shè)計(jì)靈感大概率來自于數(shù)學(xué)王子高斯的“絕妙定理”。“絕妙定理”大概意思是：曲面等距變換下，高斯曲率不變。
其推導(dǎo)公式是這樣的。等距變換指曲面不發(fā)生拉伸壓縮撕裂等。平面的高斯曲率為零，可通過等距變換成為圓筒及各種扁筒，形變?nèi)菀住?/span>
展開 當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)的煙囪效應(yīng)，大家挺喜歡，但也有些遺憾，因?yàn)橛脕碜?em>煙囪的亞克力管子后來自己著了，以及那天的風(fēng)很大，基于這兩個(gè)因素的影響，不少人質(zhì)疑煙囪效應(yīng)的效果以及真實(shí)性。所以今天我買了個(gè)玻璃管子，又選了個(gè)風(fēng)平浪靜的一天，給大家重做一下這個(gè)實(shí)驗(yàn)。為了讓火燒起來更明顯，特意選天黑才過來。
考慮性價(jià)比，其實(shí)買的是一個(gè)玻璃花瓶，下午提前切掉了底，注意切的時(shí)候要做好防護(hù)，戴口罩，防止吸入玻璃粉塵，還要一直淋水，降溫的同時(shí)減少粉塵飛起。
之前評(píng)論區(qū)的網(wǎng)友提到把煙囪從中間切開，左右錯(cuò)開一條小縫隙擺放，會(huì)有火龍卷的效果，要不咱試試這個(gè)。
簡單介紹一下“火龍卷”，是高溫和強(qiáng)風(fēng)共同形成的氣旋，一個(gè)“高速旋轉(zhuǎn)的火柱”，裹挾著火的龍卷風(fēng)的既視感。那么我們?nèi)绻麖?fù)現(xiàn)火龍卷，在火，也就是高溫區(qū)域的周圍要形成旋轉(zhuǎn)的氣流，把煙囪一劈兩半，錯(cuò)開一個(gè)角度。這樣兩邊的空氣流進(jìn)去，理論上空氣應(yīng)該可以被迫轉(zhuǎn)起來。
為了驗(yàn)證把煙囪切開制造旋轉(zhuǎn)氣流的可行性，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)前先用AICFD做個(gè)仿真。計(jì)算后查看計(jì)算域內(nèi)的空氣流動(dòng)，可以看出空氣確實(shí)可以在這樣的區(qū)域內(nèi)邊上升邊旋轉(zhuǎn)。
有理論和仿真，對(duì)實(shí)驗(yàn)就小有信心了。
第一步，切煙囪。啊呀，碎了，用之前的亞克力管子試試。終于切好了，雖然掉了一塊，但應(yīng)該能湊合用。馬上去看看效果。
“火龍卷”是一種比較極端的天氣現(xiàn)象，在北美發(fā)生相對(duì)較多，例如今年7月28日的在美國加州發(fā)生的今年最大的火災(zāi)“約克”，在燃燒幾天后，于8月1日，大火中出現(xiàn)了“火龍卷”，它可能突然改變方向，活動(dòng)軌跡較難被預(yù)測，也可以快速加速或減速，直徑從幾米到幾百米不等。“火龍卷”可以將燃燒的余燼傳播到遠(yuǎn)離原火災(zāi)地點(diǎn)之處，產(chǎn)生新的火災(zāi)，給滅火增加了難度。“火龍卷”，在中國比較少，能查到的資料，2015年廣東惠州一處空地起火，出現(xiàn)罕見的“龍卷火”。
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熱水經(jīng)過管道被送進(jìn)冷卻塔，常溫空氣在煙囪效應(yīng)的作用下從塔底進(jìn)風(fēng)口被吸入并向上流動(dòng)，同時(shí)將熱水的熱量帶走，就實(shí)現(xiàn)了冷卻熱水的效果。
這冷卻塔上面冒的白煙是小水滴，不會(huì)污染空氣很干凈，你可以把冷卻塔理解成是一個(gè)大號(hào)加濕器或者浪漫的造云機(jī)。
聽這工作原理，完全一個(gè)直筒就能實(shí)現(xiàn)呀，為什么要做成小蠻腰呢？
當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)的煙囪效應(yīng)，大家挺喜歡，但也有些遺憾，因?yàn)橛脕碜鰺焽璧膩喛肆茏雍髞碜约褐耍约澳翘斓娘L(fēng)很大，基于這兩個(gè)因素的影響，不少人質(zhì)疑煙囪效應(yīng)的效果以及真實(shí)性。所以今天我買了個(gè)玻璃管子，又選了個(gè)風(fēng)平浪靜的一天，給大家重做一下這個(gè)實(shí)驗(yàn)。為了讓火燒起來更明顯，特意選天黑才過來。
今天我這個(gè)手殘UP的實(shí)驗(yàn)做得七七八八，也算努力讓大家看到了點(diǎn)效果，其實(shí)除了家鄉(xiāng)屋頂?shù)臒焽韬碗姀S的煙囪，在我們生活中的應(yīng)用“煙囪效應(yīng)”的場景還有很多。比如煙囪的近親，火電廠那些又胖又圓又高的冷卻塔，作用就是利用煙囪效應(yīng)，讓里面的空氣流速增大，更好地給熱水降溫。
另外，煙囪效應(yīng)還有更高大上的應(yīng)用：發(fā)電。
高層建筑內(nèi)管道井等各種管道縱橫交錯(cuò)，由于火災(zāi)產(chǎn)生的高溫，在風(fēng)的作用下造成氣體密度差而形成煙囪效應(yīng)。在無阻擋的情況下，煙氣順豎向管井能迅速擴(kuò)散至頂層，瞬間整棟建筑即可形成“立體火場”。在低層發(fā)生的火災(zāi)造成的熱空氣，因?yàn)槊芏容^低，高溫氣體不斷在建筑的頂部積聚，使建筑的頂層呈現(xiàn)另一個(gè)“火災(zāi)現(xiàn)場”。
接前文
02-大基建系統(tǒng)工程與數(shù)字孿生全攻略 單一數(shù)據(jù)源 | 達(dá)索系統(tǒng)百世慧?
對(duì)應(yīng)的周期與方案定位
WHY – 價(jià)值是什么
承接前文基于單一數(shù)據(jù)源的理念，業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)的價(jià)值在于盡最大可能避免縱向“信息煙囪”效應(yīng)的加劇，將重點(diǎn)放在橫向跨板塊的協(xié)同。
接前文
01-大基建系統(tǒng)工程與數(shù)字孿生全攻略 系統(tǒng)視角 | 達(dá)索系統(tǒng)百世慧?
對(duì)應(yīng)的階段與方案定位
WHY – 價(jià)值是什么
如前文所述，所謂數(shù)字化轉(zhuǎn)型其語境包含“數(shù)字化”+“轉(zhuǎn)型”，單純的縱向“數(shù)字化”僅能滿足單一專業(yè)的業(yè)務(wù)需求，且做的越深信息“煙囪”的壁壘效應(yīng)就越強(qiáng)烈，乃至對(duì)提高項(xiàng)目整體和多專業(yè)協(xié)同的效率適得其反。
（五）加快新材料新工藝的技術(shù)創(chuàng)新，是安全生產(chǎn)的根本保障
安全事故的頻發(fā)，一方面是因?yàn)槊摿蛩磕甓夹枰獧z修，甚至是大修，都存在“動(dòng)火”作業(yè)，另一方面脫硫塔頂部除霧器為PP材質(zhì),噴淋管道為玻璃鋼FRP材質(zhì)，防腐材料為玻璃鱗片樹脂材質(zhì),這些均為易燃物質(zhì),也是引起火災(zāi)的主要部位，動(dòng)火作業(yè)稍有不慎就會(huì)引起火災(zāi)，再加之脫硫塔的結(jié)構(gòu)具有“煙囪效應(yīng)”，一旦起火就很難撲救。
在現(xiàn)今企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的巨大浪潮下，企業(yè)如何擺脫多系統(tǒng)、多工具應(yīng)用之間的繁瑣，低效的系統(tǒng)集成，避免煙囪效應(yīng)？達(dá)索系統(tǒng)新一代體驗(yàn)平臺(tái)為制造業(yè)打造真正的一體化 “無邊界信息流”，從而讓企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效敏捷地?cái)?shù)字化轉(zhuǎn)型。
現(xiàn)場模擬實(shí)驗(yàn)顯示，設(shè)置在地下室下部的環(huán)境排風(fēng)機(jī)雖未啟動(dòng)，但在“煙囪效應(yīng)”作用下，將地下回酸罐逸出的部分硫化氫經(jīng)環(huán)境排風(fēng)管道排至室外。
樓梯間正壓送風(fēng)系統(tǒng)在屋面風(fēng)道接豎井出安裝止回閥或電動(dòng)風(fēng)閥（與風(fēng)機(jī)連鎖），為了樓梯間不形成煙囪效應(yīng)，往里灌風(fēng)。前室由于風(fēng)口是常閉的，且各層前室空氣不連通，就不用了。
18 選止回閥或者電動(dòng)風(fēng)閥，這個(gè)是要看大樓里是否有自控系統(tǒng)么？
這個(gè)電動(dòng)風(fēng)閥是和風(fēng)機(jī)就地聯(lián)動(dòng)，不進(jìn)樓宇自控系統(tǒng)和消防系統(tǒng)。
