新型喷口空气动力场的实验

新型喷口空气动力场的实验研究摘要：本文测量了喷口中几种不同钝体后的空气速度场，分析了喷口中钝体锥角、高宽比以及钝体壁面粗糙度对回流区、回流率、射流刚性的影响。提出了设计“喷口+钝体”结构形式的新型喷口中钝体的最佳锥角范围。新型喷口的形式可以降低垂直方向温度梯度，相对减少送风温差，增强受风区域温度的均匀性，提高室内的舒适性。关键字：喷口回流区回流率射流刚性1前言1.1喷口的应用现状矩形和球型喷口在我国的高大空间建筑物中已经逐渐广泛应用。由于喷口射流具有一定刚性，射程远、流量大，采用喷口形式，可以减少空调区域空间的风管数量，还可以减少风口数量，方便室内装修，同样能保证较好的气流组织，由于高大空间采用喷口可设计成分层空调的形式，可以降低能耗，节约能源。故喷口广泛应用于展览馆、体育馆、剧院、演播厅和高大空间厂房等[1，2]。现阶段高大空间采用置换通风末端送风装置和喷口的形式都比较多，相对于置换通风，采用喷口的空调方式属于传统的混合式通风或稀释通风。1.2新型喷口的设计新型喷口利用诱导的原理，在喷口内设置钝体，使得沿射流方向大量的室内空气与一次气流混合，从而提高了送风的冷却能力，相当于降低了送风温差，降低垂直方向温度梯度，使得受风区域温度更均匀，舒适性更高。本文对不同锥角、不同高宽比喷口的钝体进行了速度场测量，并分析了不同钝体对空调效果的影响，对新型喷口中钝体的优化进行了研究。2实验方法与结果2.1实验装置实验装置由风机、风管、矩形喷口以及钝体组成。其中矩形喷口尺寸为高×宽=160mm×120mm。风速测量使用小探头毕托管数字式测速仪测速度值，测速仪铭牌为：ZEPHR（DIGITALMICROMANOMETEN）。2.2实验用钝体实验用钝体如表1所示，本文分别运用了高宽比、锥角、粗糙度不同的六种钝体。对以上六种不同钝体，我们测出了六种钝体后的速度场分布，限于篇幅，速度场分布曲线和喷口中心线速度分布曲线略。表1实验用钝体闯元指钝卵体饰1盛钝到体燕2秘钝荡体驳3闯钝要体嘴4帝钝默体依5故钝讽体肺6励高宽乖比棋mm/mm查160/60浸160/60捕160/60厅80/120疾80/120强80/120掏锥桨煌度莫60懂O蹲60国O麻45父O矩60闻O肝60泥O捧90盆O骂粗糙度需*遥无鞠有脏无浓无汉有笋无*粗糙度“有、无”是指钝体上是否加锯齿型横条3分析与讨论3.1回流区特性图1是实验用六种钝体后回流区边界及长度的对比图。蛋回流区边界可却由流函乒数帐φ柴/肚φ似0倒=慌0复的零流线确定航。根据测得的横钝体后不同断掘面的轴向速度池分布，可由下委式求出零流线削在不同断面上抖的径向坐标戏[4]就：(1)鸦式中进，纲H模为钝体高度史；篮ρ照为气流密度手；价w跟x高为测得的轴向类速度诸；倘y踏1耳为零速度线晋（透w俊x慎=魄0图）甚到严x凳轴的半径距影，相y颗2窃为零流线情（款φ忌=铺0围）呼到涌x直轴的半径距。库a真兽虚寿冲敌流b肯图谅1殿敏各种钝体后回周流区边界及长韵度对比图举a合尤高宽早比项>1b贿合高宽衬比踪<1凶由叙图根1微分析可以知道谁：效（搏1悠）钝体后回流皇区尺寸均随着邪钝体锥侨角领a胆的增加而增大汁。这种变化是着由于气流的动哄量在不同的钝顶体锥养角秆a私情况下，其轴延向分量和径向呀分量之比不同逢所引起的。钝扩体锥角越大，巷则动量的径向鼻分量越大，气壁流容易产生较师大的偏折，促乞使回枝流区宽度增加罚，由于同样的薄原因，气流向滤轴线卷曲的能旱力也有所减弱愿，使两侧主流犬的汇合点后移睬，因而回流区哗也较长。趴（省2碎）钝体底边宽冤对回流区长度掘及宽度也有影避响。苦（猪3隶）阻塞率对回兼流区尺寸有一柏定影响。但为牢了减少流动阻斯力，可取把为中0恩，本次实验取拐为碑0戚。上呜（授4散）钝体增加粗塔糙度后，其后枯下游区将产生绸一个较大的旋撕涡回流区，此矿回流区长度及怀宽度大于原钝宋体产生的回流滑区，在钝体加垄粗糙度后的回柴流区边界内外负出现有较大的康速度梯度，有牌着较强的湍流怀混合，回流区放尺寸的增大程延度与来流情况阀及改进型钝体灰的结构有关。锯总之，绕流脱液体产生的反向纺压力梯度，从骨根本上促成了疤回流区的形成闪，而回流区长湿度添L浮是表征回流区壶特征的重要数肝值，它也是影总响热质交换的要重要参数，同盾时阁L燥又是钝体结构归和安装位置的秒函数。可以说遭，回流区尺寸经特别是其长痒度置L眯，对钝体结构龄的改进及安装亏位置的变动有悔着重要的指导剧作用。工3.2炮道回流率慎空调（受风）躁区域被调节空靠气达到设计参垒数所需要的时奖间，取决于送轨风冷射流及受载风区域热空气视和建筑物壁面翠的辐射换热和考冷热空气的对守流换热。现有污的研究表明，更室内空气单靠峡冷热空气及壁富面的辐射换热趁达到设计温度张所需的时间比敢单靠回流换热摆至温度均匀的理时间大一个数粗量级以上。可干见，室内空气漫的换热主要靠核冷热空气的回炮流热，工程范伍围内可以不考感虑辐射换热。耍回流量越大，且冷热空气热质介交换越剧烈而益更易于室内空锤气温度均匀。蹦在钝体后，由断于存在反向压和力梯度，尾部毙气流将向前部手回流，回流的挑气体流量与喷撕口处主流的流终量之比，称为秤回流率，回流模率可看作回流殿强度的尺度。袍主流流量为：刷斥（剪3敏）启故而，回流率垄为：币辩（久4馆）哄由式团（拦4她）可知，求取浅回流率实际上收就是测定回流挣区轴向速度的碍分布，根据速遥度分布求喉得拥Q易r拘，进而吴得斑Q渡r冬/Q谱0爹薄。旁图脚2塑为根据实验中宴测得的回流区汁速度分布、回姜流轴向速度求菊得的回流率图牌。窗（缠4需）阻塞率对回冬流率有一定影乘响，为减少流勇动阻力，实验暴中取阻塞率糕为诵0棕。刷a宽体部联购b喜图脱2输尘不同钝体的回棍流率比较图参分析比较相图旱2涌各条曲线，可海得出如下结论泊：声（突1繁）室内空气的兼回流量对钝体屈锥角的变化较蓝敏感，随着锥财角的增大，回惧流率增大。故杯而从室内空气誉回流利于冷热动空气热质交换重的角度而言，佳锥角大好。饥（颤2日）比较包图雁2偿（欧a输）中钝债体饱1某、演2雁曲线和陕（猜b妄）中钝包体甜3抵、粮4质曲线，钝体表欠面加上垂直于钟来流方向的横扒条后，室内空绒气的回流量有脏明显的提高，湿而加上平行于桑来流方向的横夹条后，回流率马变化不明显。宽至于加上垂直恼于来流方向的亭横条的多少、定厚薄、布置位抵置，有待进一袜步探讨。矩（容3梢）宋毒钝体底边宽对框回流量有一定幼的影响。本次灰实验未作深入镰探讨。币（挡4迎）阻塞率对回势流率有一定影炮响，为减少流骂动阻力，实验红中取阻塞率住为妥0奔。恭3.3翁煌射流速度的衰漆减少布置于高大空腿间的喷口，其请射流要达到一协定的射程，才纪能保证受风区婚域的空调效果肺，因此，气流蔬到达受风区域香尽端时应保持瓦有一定的动量柱。那么，加装裕钝体后是否会边造成过大的速茂度衰减而影响岔气流的动量呢炎？本次实验对余此进行了研究们。止有钝体时射流现中心线太（垒x败轴线）速度较买无钝体时小得引多，射流刚性蹦受到钝体影响悄；而对射流最蚀大速度，有无店钝体时变化不集是很明显。大服量研究表明：治钝体后的主流再速度具有自模产特性，若结构轿布置合理则对译刚性影响甚微替。覆钝体锥灰角嘉a=90藏°若时，速度衰减百最快慎。则a=60朝°当的钝体后速度式衰减并不搜比甩a=45我°揪时大，这是由更于加装钝体后舅，出口类似缩烧扩喷口，气流说喷出时在此获凯得的加速程度井不同。仆在钝体上加装喂横条后，其主择流速度衰减比售无钝体时快，蚀但差距不是很锤大。井4淡奏结论与建议休本文对六种不咏同的钝体进行趟了冷态空气动累力场的研究。烟综合考虑了钝折体的变化对回恳流区、回流率督、射流速度衰脏减的影响。这傅些变化对喷口庆都会产生巨大她的影响。系随着锥掩角歌a村的增大，其后冶回流区尺寸及帆回流率均有不抬同程度的增大谱。回流空气提起供主要的热负龙荷，对室内换脉热起主要作用杯，室内空气回访流技术是强化叼换热，稳定室拖内空气参数的童一项重要措施瑞。本文实验结毕果对于常见的仇圆盘散流器、交斜片式散流器纠、活条式线形都风口、置换送少风风口的设计节、选用都具有迁指导和借鉴意窝义。以上各种置风口，根据不和同的建筑条件系可以考虑用锥凶角为不同的钝灾体。应增加钝体表面妈粗糙度，可以蜡增大回流区长镇度，增大回流挑量，有利于增皆强湍流度，利栗于冷热空气的滑混合，对热质散交换起积极作熟用。受本实验结果对险于采用大温差戒低温送风的末炎端装置的设计网也具有指导意译义，相对于低贤温送风，室内朱热空气与送风赚气流温差较大绑，若在人员活猪动区域再进行仆充分的热交换枝，舒适度会下贵降，而采用钝均体后，在钝体烟后木2寄b徒长度左右，回其流区尺寸及回昏流率均有较大艇（极大）值，猎相当于提高了速送风温度，冷座空气对人体的以不适感觉下降爱，而且削弱了繁垂直方向的温预度梯度。参考文献泽1娃绝朱金萍鸣