新型噴口空氣動(dòng)力場的實(shí)驗(yàn)

新型噴口空氣動(dòng)力場的實(shí)驗(yàn)研究摘要：本文測量了噴口中幾種不同鈍體后的空氣速度場，分析了噴口中鈍體錐角、高寬比以及鈍體壁面粗糙度對(duì)回流區(qū)、回流率、射流剛性的影響。提出了設(shè)計(jì)“噴口+鈍體”結(jié)構(gòu)形式的新型噴口中鈍體的最佳錐角范圍。新型噴口的形式可以降低垂直方向溫度梯度，相對(duì)減少送風(fēng)溫差，增強(qiáng)受風(fēng)區(qū)域溫度的均勻性，提高室內(nèi)的舒適性。關(guān)鍵字：噴口回流區(qū)回流率射流剛性1前言1.1噴口的應(yīng)用現(xiàn)狀矩形和球型噴口在我國的高大空間建筑物中已經(jīng)逐漸廣泛應(yīng)用。由于噴口射流具有一定剛性，射程遠(yuǎn)、流量大，采用噴口形式，可以減少空調(diào)區(qū)域空間的風(fēng)管數(shù)量，還可以減少風(fēng)口數(shù)量，方便室內(nèi)裝修，同樣能保證較好的氣流組織，由于高大空間采用噴口可設(shè)計(jì)成分層空調(diào)的形式，可以降低能耗，節(jié)約能源。故噴口廣泛應(yīng)用于展覽館、體育館、劇院、演播廳和高大空間廠房等[1，2]?，F(xiàn)階段高大空間采用置換通風(fēng)末端送風(fēng)裝置和噴口的形式都比較多，相對(duì)于置換通風(fēng)，采用噴口的空調(diào)方式屬于傳統(tǒng)的混合式通風(fēng)或稀釋通風(fēng)。1.2新型噴口的設(shè)計(jì)新型噴口利用誘導(dǎo)的原理，在噴口內(nèi)設(shè)置鈍體，使得沿射流方向大量的室內(nèi)空氣與一次氣流混合，從而提高了送風(fēng)的冷卻能力，相當(dāng)于降低了送風(fēng)溫差，降低垂直方向溫度梯度，使得受風(fēng)區(qū)域溫度更均勻，舒適性更高。本文對(duì)不同錐角、不同高寬比噴口的鈍體進(jìn)行了速度場測量，并分析了不同鈍體對(duì)空調(diào)效果的影響，對(duì)新型噴口中鈍體的優(yōu)化進(jìn)行了研究。2實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果2.1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置由風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、矩形噴口以及鈍體組成。其中矩形噴口尺寸為高×寬=160mm×120mm。風(fēng)速測量使用小探頭畢托管數(shù)字式測速儀測速度值，測速儀銘牌為：ZEPHR（DIGITALMICROMANOMETEN）。2.2實(shí)驗(yàn)用鈍體實(shí)驗(yàn)用鈍體如表1所示，本文分別運(yùn)用了高寬比、錐角、粗糙度不同的六種鈍體。對(duì)以上六種不同鈍體，我們測出了六種鈍體后的速度場分布，限于篇幅，速度場分布曲線和噴口中心線速度分布曲線略。表1實(shí)驗(yàn)用鈍體淡鈍冊體籮1餡鈍印體或2犧鈍排體暫3棋鈍焰體侍4旱鈍傻體開5狐鈍牛體牲6休高寬敬比柱mm/m迅m撒160/董60霞160/技60塵160/哪60艘80/1穴20色80/1段20殃80/1氣20漁錐蔑肢度癢60午O啞60糾O辰45蟻O爪60密O遵60羞O撫90塊O需粗糙度智*新無摟有著無輛無堤有坦無*粗糙度“有、無”是指鈍體上是否加鋸齒型橫條3分析與討論3.1回流區(qū)特性圖1是實(shí)驗(yàn)用六種鈍體后回流區(qū)邊界及長度的對(duì)比圖。攔回流區(qū)邊咬界可由流辭函槍數(shù)去φ塊/掏φ芳0擊=摔0焦的零流線忙確定。根弄據(jù)測得的栽鈍體后不丙同斷面的材軸向速度烏分布，可眨由下式求雜出零流線澡在不同斷返面上的徑配向坐標(biāo)口[4]軋：(1)池式中攤，呀H磨為鈍體高名度枕；錢ρ滾為氣流密身度閣；軍w翠x管為測得的凡軸向速度乓；銷y膝1苗為零速度浙線挎（聽w搜x收=夾0察）情到貝x銜軸的半徑沾距戚，臨y資2變?yōu)榱懔骶€破（命φ址=霜0左）君到湖x憑軸的半徑凱距。貫a撒薦帶諸佳認(rèn)次讓b顏圖充1竭發(fā)各種鈍體姥后回流區(qū)弟邊界及長淘度對(duì)比府圖抽a宇箭高寬艇比制>1b拾莊高寬晴比筆<1箱由損圖梯1對(duì)分析可以須知道：獻(xiàn)（盡1胞）鈍體后旦回流區(qū)尺距寸均隨著沒鈍體錐咽角懂a(chǎn)慧的增加而搏增大。這經(jīng)種變化是淘由于氣流選的動(dòng)量在疏不同的鈍表體錐裹角保a臉情況下，礦其軸向分橫量和徑向箏分量之比蜓不同所引正起的。鈍睛體錐角越麥大，則動(dòng)乓量的徑向屑分量越大逼，氣流容唱易產(chǎn)生較勵(lì)大的偏折墊，促使回神流區(qū)寬度錢增加，由番于同樣的盡原因，氣擦流向軸線緊卷曲的能鼠力也有所啞減弱，使粉兩側(cè)主流戀的匯合點(diǎn)橋后移，因畫而回流區(qū)腿也較長。袋（欲2距）鈍體底大邊寬對(duì)回塞流區(qū)長度引及寬度也退有影響。遼（蒙3苦）阻塞率輪對(duì)回流區(qū)誰尺寸有一被定影響。脅但為了減液少流動(dòng)阻際力，可取堆為提0恨，本次實(shí)然驗(yàn)取代為釣0恰。拴怨（前4窗）鈍體增萌加粗糙度稿后，其后藏下游區(qū)將喊產(chǎn)生一個(gè)好較大的旋沫渦回流區(qū)犬，此回流奔區(qū)長度及爬寬度大于醉原鈍體產(chǎn)單生的回流緊區(qū)，在鈍巡體加粗糙暫度后的回盤流區(qū)邊界封內(nèi)外出現(xiàn)解有較大的余速度梯度滴，有著較齡強(qiáng)的湍流幟混合，回朽流區(qū)尺寸革的增大程乳度與來流妨情況及改粘進(jìn)型鈍體災(zāi)的結(jié)構(gòu)有破關(guān)。駁總之，繞粉流脫體產(chǎn)梳生的反向公壓力梯度陜，從根本碼上促成了音回流區(qū)的毒形成，而鉤回流區(qū)長凈度胖L惱是表征回傻流區(qū)特征耕的重要數(shù)趁值，它也罵是影響熱的質(zhì)交換的趣重要參數(shù)節(jié)，同要時(shí)緊L元又是鈍體樓結(jié)構(gòu)和安暫裝位置的鬼函數(shù)。可晃以說，回暴流區(qū)尺寸腳特別是其否長付度辦L澤，對(duì)鈍體鞠結(jié)構(gòu)的改怪進(jìn)及安裝治位置的變輝動(dòng)有著重陣要的指導(dǎo)均作用。污3.2坑貨回流率墓空調(diào)（受毀風(fēng)）區(qū)域畢被調(diào)節(jié)空奮氣達(dá)到設(shè)費(fèi)計(jì)參數(shù)所狀需要的時(shí)鬼間，取決竄于送風(fēng)冷只射流及受怎風(fēng)區(qū)域熱帆空氣和建畫筑物壁面急的輻射換喚熱和冷熱辭空氣的對(duì)來流換熱。護(hù)現(xiàn)有的研鏟究表明，扮室內(nèi)空氣叢單靠冷熱胡空氣及壁多面的輻射乘換熱達(dá)到約設(shè)計(jì)溫度喝所需的時(shí)晃間比單靠賓回流換熱灘至溫度均墊勻的時(shí)間類大一個(gè)數(shù)緞量級(jí)以上藝?？梢?，笨室內(nèi)空氣遍的換熱主頑要靠冷熱相空氣的回舍流熱，工他程范圍內(nèi)漂可以不考扣慮輻射換巾熱?；亓髌萘吭酱螅诶錈峥諝庥覠豳|(zhì)交換倚越劇烈而此更易于室榆內(nèi)空氣溫雨度均勻。把在鈍體后灘，由于存境在反向壓里力梯度，脂尾部氣流威將向前部治回流，回畫流的氣體位流量與噴描口處主流閑的流量之期比，稱為緩回流率，威回流率可倍看作回流糖強(qiáng)度的尺紀(jì)度。憑主流流量抬為：躺捆（貞3輸）念故而，回鄭流率為：罷擋（易4照）鑼由式傘（河4匯）可知，淘求取回流圓率實(shí)際上跪就是測定意回流區(qū)軸紐向速度的蠢分布，根星據(jù)速度分?jǐn)r布求偵得栗Q柴r胡，進(jìn)而匹得竟Q三r吩/Q蜻0晃砍。例圖吼2柴為根據(jù)實(shí)召驗(yàn)中測得串的回流區(qū)現(xiàn)速度分布鴿、回流軸未向速度求標(biāo)得的回流風(fēng)率圖。?。ㄉ?貸）阻塞率醒對(duì)回流率努有一定影遺響，為減瓣少流動(dòng)阻奉力，實(shí)驗(yàn)章中取阻塞轉(zhuǎn)率稠為拒0識(shí)。該a潑巧糖盒久稅乞b穗圖撥2夾憑不同鈍體歸的回流率片比較圖偶分析比較良圖摩2吃各條曲線緣，可得出膽如下結(jié)論使：視（欺1鉗）室內(nèi)空桿氣的回流景量對(duì)鈍體擺錐角的變臥化較敏感者，隨著錐膨角的增大虜，回流率功增大。故裂而從室內(nèi)暈空氣回流此利于冷熱災(zāi)空氣熱質(zhì)脅交換的角對(duì)度而言，牛錐角大好途。修（雕2困）比較潛圖讓2擾（墾a臥）中鈍煙體協(xié)1說、供2縣曲線和言（都b珠）中鈍術(shù)體渠3土、侍4翠曲線，鈍天體表面加沾上垂直于隔來流方向中的橫條后慚，室內(nèi)空何氣的回流仆量有明顯憐的提高，帳而加上平乳行于來流剃方向的橫猴條后，回標(biāo)流率變化宏不明顯。射至于加上解垂直于來垃流方向的冶橫條的多譽(yù)少、厚薄鉤、布置位汪置，有待世進(jìn)一步探華討。捏（粒3勤）薄屠鈍體底邊挎寬對(duì)回流失量有一定漆的影響。按本次實(shí)驗(yàn)前未作深入敵探討。懶（蕩4擾）阻塞率弓對(duì)回流率月有一定影披響，為減針少流動(dòng)阻津力，實(shí)驗(yàn)溪中取阻塞矛率賣為分0謎。適3.3布哭射流速度帳的衰減膀布置于高需大空間的犁噴口，其捕射流要達(dá)紛到一定的駛射程，才嚷能保證受恩風(fēng)區(qū)域的僑空調(diào)效果鏡，因此，腦氣流到達(dá)膚受風(fēng)區(qū)域陳盡端時(shí)應(yīng)堡保持有一揚(yáng)定的動(dòng)量懶。那么，鋤加裝鈍體姻后是否會(huì)謙造成過大茂的速度衰養(yǎng)減而影響姓氣流的動(dòng)黨量呢？本正次實(shí)驗(yàn)對(duì)競此進(jìn)行了兇研究。露有鈍體時(shí)跟射流中心口線舒（裝x崖軸線）速桿度較無鈍羽體時(shí)小得腸多，射流猛剛性受到壟鈍體影響?yīng)q；而對(duì)射丸流最大速聞度，有無坡鈍體時(shí)變?nèi)诨皇呛軍拭黠@。大抄量研究表舞明：鈍體皂后的主流釣速度具有峽自模特性教，若結(jié)構(gòu)面布置合理龍則對(duì)剛性刻影響甚微哈。愧鈍體錐德角延a=90藏°葉時(shí)，速度倉衰減最快才。踏a=60傘°征的鈍體后險(xiǎn)速度衰減隱并不修比考a=45代°喜時(shí)大，這裹是由于加仆裝鈍體后保，出口類驗(yàn)似縮擴(kuò)噴些口，氣流石噴出時(shí)在鹿此獲得的以加速程度卡不同。銹在鈍體上柏加裝橫條別后，其主捉流速度衰煮減比無鈍戚體時(shí)快，袋但差距不括是很大。宅4纖快結(jié)論與建罰議酸本文對(duì)六羨種不同的下鈍體進(jìn)行酬了冷態(tài)空浸氣動(dòng)力場英的研究。驗(yàn)綜合考慮括了鈍體的擱變化對(duì)回缺流區(qū)、回禿流率、射鬼流速度衰葉減的影響罵。這些變善化對(duì)噴口評(píng)都會(huì)產(chǎn)生擁巨大的影師響。避隨著錐假角技a尤的增大，枝其后回流憐區(qū)尺寸及障回流率均衫有不同程阿度的增大如?；亓骺瞻鄽馓峁┲骱庖臒嶝?fù)故荷，對(duì)室腫內(nèi)換熱起榴主要作用項(xiàng)，室內(nèi)空豐氣回流技迎術(shù)是強(qiáng)化誼換熱，穩(wěn)嚴(yán)定室內(nèi)空略氣參數(shù)的涌一項(xiàng)重要群措施。本曬文實(shí)驗(yàn)結(jié)均果對(duì)于常略見的圓盤戀散流器、區(qū)斜片式散宇流器、活輪條式線形戰(zhàn)風(fēng)口、置廣換送風(fēng)風(fēng)環(huán)口的設(shè)計(jì)狼、選用都跡具有指導(dǎo)典和借鑒意岔義。以上蛙各種風(fēng)口靠，根據(jù)不縫同的建筑更條件可以搜考慮用錐滔角為不同仙的鈍體?；迷黾逾g體吳表面粗糙燈度，可以抽增大回流犧區(qū)長度，補(bǔ)增大回流杠量，有利頌于增強(qiáng)湍劣流度，利取于冷熱空蹄氣的混合績，對(duì)熱質(zhì)評(píng)交換起積徒極作用。掙本實(shí)驗(yàn)結(jié)攝果對(duì)于采應(yīng)用大溫差命低溫送風(fēng)聽的末端裝煙置的設(shè)計(jì)沖也具有指溪導(dǎo)意義，昆相對(duì)于低予溫送風(fēng)，尸室內(nèi)熱空圍氣與送風(fēng)垂氣流溫差優(yōu)較大，若遷在人員活沒動(dòng)區(qū)域再社進(jìn)行充分蘿的熱交換尿，舒適度璃會(huì)下降，辣而采用鈍央體后，在陷鈍體羊后朋2字b侄長度左右拋，回流區(qū)考尺寸及回插流率均有介較大（極含大）值，拼相當(dāng)于提析高了送風(fēng)慶溫度，冷西空氣對(duì)人趙體的不適普感覺下降蔥，而且削教弱了垂直勵(lì)方向的溫上度梯度。參考文獻(xiàn)貧1披丙朱金膨鳴栽虧梁韜，上