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【摘 要】 本文所提及的吸风管道指的是其内部压力低于大气压,依靠风管内外的气压差将风管外的空气压入风管中,从而实现吸风的目的。排风口与送风口不同,排风口外的气流速度衰减很快,气流形式遵从点汇原理规律,流速与该点到吸风口间距离的平方成反比关系。因此回风口对气流组织的影响不大。但吸风管道的的设计计算对气流组织的影响仍很重要,因为对于较长的吸风管道,其中的吸风口的进风量一般达不到设计值,因而原设计的气流组织形式往往是失败的。
【关键词】 静压;动压;点汇原理;沿程损失;局部损失
从组成结构上吸风管道可分为下图两种:a为接支风管的吸风管道,且支风管上设风量调节阀;b为其上直接接风口的吸风管道。
风管a
风管b
对于图中a类风管,因其各风口之前设有风量调节阀,因而各风口风量可通过调节达到设计风量。而对于b类风管,因为风口之前没有调节阀,各风口风量很难达到设计风值。为何会是这样呢,我们可根据下图风管c试着推导一下:
风管c
忽略管道的水力损失,则有:
若1-1、2-2、3-3截面相同,各风口尺寸及设计风量相同,则设计流速:
故有各截面动压:
故各处静压:
可见,吸风管道自右至左沿气流方向,空气静压是下降的,风管内静压与风管外大气压的压差自右至左沿气流方向是增大的,自右至左沿气流方向风管吸气的动力是增大的,故有:,而各风口尺寸相同,所以各风口风量不同,且自右至左风量相繼增大。原设计均匀吸风量的设计目的失败。
那么怎么解决这一问题呢?如下图风管d:我们可以考虑使,那么就有,则使得各处静压处处相同,即,如此各处风口的风速相同,各风口的吸风风量与各风口面成正比例关系。调节各风口面积使之达到设计要求即可。
当然我们也可以采用以下风管e的模式,将各风口尺寸设计为不同尺寸大小,与风管c一样,该吸风管道自右至左沿气流方向,空气静压是下降的,风管内静压与风管外大气压的压差自右至左沿气流方向是增大的,自右至左沿气流方向风管吸气的动力是增大的,使得。为使各风口风量相同,设计使得各风口尺寸不同,所以且自左至右风口尺寸相继增大,使得小风口对应大风速,大风口对应小风口,从而达到均匀吸风量的设计目的。
风管d
风管e
对于条形风口,如下图风管f。同理我们使该风口做成不均匀条形风口。该吸风管道自右至左沿气流方向,空气静压是下降的,风管内静压与风管外大气压的压差自右至左沿气流方向是增大的,自右至左沿气流方向风管吸气的动力是增大的,使得自右至左沿气流方向风速逐渐增大。为使该风管做到均匀吸风,设计使得该条形风口自左至右逐渐变宽,使得窄风口对应大风速,宽风口对应小风口,从而达到均匀吸风量的设计目的。
风管f
以上分析均没有考虑风管的沿程阻力损失和局部阻力损失。考虑到风口的局部阻力损失,我们也可以在风管内设置阻尼层,调节各处风口的局部阻力,从而调节各风口的进风量,如下图风管g所示。该风管道自右至左沿气流方向,空气静压是下降的,风管内静压与风管外大气压的压差自右至左沿气流方向是增大的,自右至左沿气流方向风管吸气的动力是增大的。为使该风管做到均匀吸风,设计使得该风管阻尼层阻力自左至右逐渐减小,使得小阻力处对应大的气压差,宽风口对应小气压差,从而达到均匀进风的设计目的。
风管g
以上分析都是在理想情况下得出的结论,在实际应用当中,情况往往要比分析的复杂许多,要使得b类吸风管道风口进风量风量达到设计值使之满足实际的需求往往非常困难。在工程设计中应用到此类吸风管道的方面比较普遍,诸如空调系统的回风管道,通风系统的部分排风管道及排烟系统中的部分排烟管道往往都采用了b类风管的做法,但其实际运行效果即气流组织状况果真如原设计计划的那样吗?在此笔者深表怀疑。
由于本人水平有限,此文难免有不少的纰漏,在此抛砖引玉,望广大同行予以批评指正,在此先行拜谢了。
参考文献:
1.蔡增基、龙天渝.流体力学泵与风机.北京:中国建筑工业出版社,2002
2.陆耀庆主编.实用供热空调设计手册.北京:中国建筑工业出版社,2008
3.孙一坚主编.工业通风.北京:中国建筑工业出版社,2002
4.付祥沼主编.流体输配管网.北京:中国建筑工业出版社,2005
5.赵荣义范存养等编.空气调节.北京:中国建筑工业出版社,2006
【关键词】 静压;动压;点汇原理;沿程损失;局部损失
从组成结构上吸风管道可分为下图两种:a为接支风管的吸风管道,且支风管上设风量调节阀;b为其上直接接风口的吸风管道。
风管a
风管b
对于图中a类风管,因其各风口之前设有风量调节阀,因而各风口风量可通过调节达到设计风量。而对于b类风管,因为风口之前没有调节阀,各风口风量很难达到设计风值。为何会是这样呢,我们可根据下图风管c试着推导一下:
风管c
忽略管道的水力损失,则有:
若1-1、2-2、3-3截面相同,各风口尺寸及设计风量相同,则设计流速:
故有各截面动压:
故各处静压:
可见,吸风管道自右至左沿气流方向,空气静压是下降的,风管内静压与风管外大气压的压差自右至左沿气流方向是增大的,自右至左沿气流方向风管吸气的动力是增大的,故有:,而各风口尺寸相同,所以各风口风量不同,且自右至左风量相繼增大。原设计均匀吸风量的设计目的失败。
那么怎么解决这一问题呢?如下图风管d:我们可以考虑使,那么就有,则使得各处静压处处相同,即,如此各处风口的风速相同,各风口的吸风风量与各风口面成正比例关系。调节各风口面积使之达到设计要求即可。
当然我们也可以采用以下风管e的模式,将各风口尺寸设计为不同尺寸大小,与风管c一样,该吸风管道自右至左沿气流方向,空气静压是下降的,风管内静压与风管外大气压的压差自右至左沿气流方向是增大的,自右至左沿气流方向风管吸气的动力是增大的,使得。为使各风口风量相同,设计使得各风口尺寸不同,所以且自左至右风口尺寸相继增大,使得小风口对应大风速,大风口对应小风口,从而达到均匀吸风量的设计目的。
风管d
风管e
对于条形风口,如下图风管f。同理我们使该风口做成不均匀条形风口。该吸风管道自右至左沿气流方向,空气静压是下降的,风管内静压与风管外大气压的压差自右至左沿气流方向是增大的,自右至左沿气流方向风管吸气的动力是增大的,使得自右至左沿气流方向风速逐渐增大。为使该风管做到均匀吸风,设计使得该条形风口自左至右逐渐变宽,使得窄风口对应大风速,宽风口对应小风口,从而达到均匀吸风量的设计目的。
风管f
以上分析均没有考虑风管的沿程阻力损失和局部阻力损失。考虑到风口的局部阻力损失,我们也可以在风管内设置阻尼层,调节各处风口的局部阻力,从而调节各风口的进风量,如下图风管g所示。该风管道自右至左沿气流方向,空气静压是下降的,风管内静压与风管外大气压的压差自右至左沿气流方向是增大的,自右至左沿气流方向风管吸气的动力是增大的。为使该风管做到均匀吸风,设计使得该风管阻尼层阻力自左至右逐渐减小,使得小阻力处对应大的气压差,宽风口对应小气压差,从而达到均匀进风的设计目的。
风管g
以上分析都是在理想情况下得出的结论,在实际应用当中,情况往往要比分析的复杂许多,要使得b类吸风管道风口进风量风量达到设计值使之满足实际的需求往往非常困难。在工程设计中应用到此类吸风管道的方面比较普遍,诸如空调系统的回风管道,通风系统的部分排风管道及排烟系统中的部分排烟管道往往都采用了b类风管的做法,但其实际运行效果即气流组织状况果真如原设计计划的那样吗?在此笔者深表怀疑。
由于本人水平有限,此文难免有不少的纰漏,在此抛砖引玉,望广大同行予以批评指正,在此先行拜谢了。
参考文献:
1.蔡增基、龙天渝.流体力学泵与风机.北京:中国建筑工业出版社,2002
2.陆耀庆主编.实用供热空调设计手册.北京:中国建筑工业出版社,2008
3.孙一坚主编.工业通风.北京:中国建筑工业出版社,2002
4.付祥沼主编.流体输配管网.北京:中国建筑工业出版社,2005
5.赵荣义范存养等编.空气调节.北京:中国建筑工业出版社,2006