056-风管均匀送风的数值模拟研究.pdfVIP

风管均匀送风的数值模拟研究 华北电力大学（保定） 田雨 魏兵 王会拴∗ 摘 要：风管的均匀送风在很多空调系统应用中都非常重要。论文采用数值模拟方法， 研究通过改变风管的截面形状来实现均匀送风。论文对三种不同楔形风道以及矩形风道送风 进行了数值模拟研究，得到了条形风口送风气流的速度矢量图，通过结果对比，得出了较优 的均匀送风的风道形式，并对条形风口的宽度进行了优化研究，给出了条形风口的最优宽度。 关键词：条形风口 均匀送风 数值模拟 速度矢量 0 引言 空调系统中送风口的结构和出流特性直接影响了室内的气流组织形式，从而对室内通风 系统的使用效果造成影响。在一些空间，例如洁净室、冷库、会堂和气幕装置中，有时需要 将等量的空气沿着风管侧壁的成排孔口或者短管均匀送出，从而得到均匀的空气分布[1] 。现 代农业灌溉中，流量的均匀分配可以在最小用水量的条件下实现最大产量[2] 。在生物领域， 血液的均匀流动有助于减少对血管的流动阻力[3] 。而在化学反应器和核反应堆中，对气流均 匀分布的要求更为严格[4,5] 。 在实际应用中，由于风管的横截面不变，送风口前有弯管、三通管或变径管道，通常会 发生不均匀的管道通风[6-9] [10] ，所以前人对如何实现均匀送排风已经有一些研究。何凤山 采 用静压恒定设计原理对均匀吸风管道进行了设计与分析，对影响吸风均匀程度的因素做了初 步探讨验证，但由于设计中存在多个支管，共同汇入干管时的阻力不好确定，所以均匀性并 不是十分理想。钟星灿 [11-14]等人选择皮托管作为排风管内的测压工具，自己设计了一种特 殊的CJZ 风口，通过调整风口角度进行送风量控制，该方法能保证一定程度的排风均匀度， 但是内部角度难以随着来流速度的变化进行相应的准确调整，另外增加了管道加工过程的复 杂程度。张涛 [15]用节点阻力平衡原理和计算汇流三通阻力等公式对均匀吸风管道进行了设 计，能一定程度提高送风均匀性，但偏于理论计算，且风口并非均匀分布，制作高精度送风 管道时比较困难。而有些学者在研究一些流体流动形式对空间的影响时，选择采用简化送风 口速度为均匀分布来进行研究 [16-18]，而鲜有人对如何实现均匀气流分布进行系统说明，也 没有提出具体的结构设计方法和软件模拟结果。本文通过改变风管结构，通过数值模拟手段， 对送风口处气流的均匀性分布进行研究，有一定的意义。研究送风口的气流分布，可以使用 CFD 软件对送风管内气流组织形式进行模拟，从而得到气流分布情况。 1 均匀送风的理论分析 1.1 均匀送风管道的设计原理 均匀送风即通风系统和空调的风管把等量的空气沿风管侧壁的孔口或短管均匀送出，使 送风空间得到均匀的空气分布。空调送风管道的送风均匀性是影响空调房间温度场、湿度场 以及室内舒适度的重要因素之一。 ∗ 田雨，男，1992 年11 月生，在读硕士研究生 071003 河北省保定市永华北大街619 号华北电力大学62 信箱 (0) E-mail ：1075252664@ 由于管道内存在气体流动，在孔内壁与外壁之间有静压差。如图1 所示，流出的风速方 向（ ）垂直于管道壁，管道中的速度（ ）也会影响流出侧孔的实际速度（ ）方向。 v v v j d r 图1 送风口速度方向分布 v P θ tan θ j j 实际速度与管道轴线之间的夹角（出流角 ）为：