通风系统风道异性件优化设计探讨

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1、通风系统风道异性件优化设计探讨：针对目前通风系统风道的异性件，根据气流的流动特性，提出了对异形件的一些优化设计方法和改进措施，以降低系统阻力。　　关键词：风道；异形件；相互影响；优化设计　　Abstract:accordingtotheventilationsystemoftheoppositesexducta,accordingtotheairfloeoftheoptimizationdesignmethodandimprovementmeasurestoreduceresistance.　　Keyi

2、zationdesign　　　　　　：TD724：A：　　1气流流动的理论分析　　1.1变径段--渐缩（突缩）、渐扩（突扩）　　渐缩（突缩）：流体处于减压增速区，流体质点受到与主流方向一致的正压差作用，流体只能做加速运动，不会减速，因此在渐缩段的范围内不会出现涡旋区，渐缩的阻力主要是形状阻力和摩擦阻力；突缩由于形状的突变而在转角处出现涡旋，一般情况下应尽量避免选用。因此优化渐缩段的方法就是减小收缩角。需要指出的：如果渐缩后相连直段，则在直段入口处由于气流的惯性作用，会出现小涡旋，但强度不大。　　渐扩（突

3、扩）：流体处于增压减速区，流体质点受到与主流方向相反的压差作用；靠近壁面的质点由于流体粘性作用，速度较之主流中心处要小得多；在反向压差和粘性力的共同作用下，速度逐渐减小，并在处附面层分离，随后出现与主流方向相反的流动，亦即涡旋。对于渐扩管，雷诺数或扩张角愈大，涡旋区范围愈大，位置愈靠前；对于突扩，雷诺数的大小对涡旋区位置和大小的影响不明显，起决定性作用的是形状。因此，优化渐扩（突扩）段的方法主要是破坏或延迟附面层的分离，并降低它的强度和大小。　　1.2弯头段　　在弯头的内、外侧处会出现涡旋区：对于外侧处

4、的涡旋区，由于在方向靠外壁处流体流速愈来愈低，加之流体自身的粘性作用，速度可能降为零，在反向压力的作用下，涡旋产生；而对于内侧处的涡旋区，由于在方向靠内壁处流体流速愈来愈大，流体由于惯性作用仍然将沿原速度方向运动，特别是在高雷诺数、转角较大及内边曲率半径较小的情况下，会出现大涡旋。应该指出的是：弯管内侧涡旋无论是强度还是大小，甚至对下游的影响段长度都比外侧要大得多，因此优化弯管段的主要手段是抑制或减小内侧涡旋的强度和大小。　　1.3异形段的组合　　在计算风道局部阻力时，可查阅相关设计手册计算出局部阻力损

5、失。但是所有手册中列出的局部阻力系数都是在稳定速度场的条件下通过实验测得。我们应该考虑到前一个局部阻碍段的断面流速分布和紊流脉动强度对后一个局部阻碍段的阻力系数有明显的影响，局部阻碍段直接连接所产生的局部阻力损失可能增大，也可能减小，增大和较小的幅度取决于两个异形件的组合方式。因此，设计风道时应该重点考虑局部阻碍段间的相互影响，优化风道设计的关键就是优化异形段的组合。　　2异形件组合的优化　　2.1用收缩形急转弯头代替90°等截面弯头＋渐缩段组合　　在风道设计中经常遇到收缩形急转弯头或90。等截面弯头＋

6、渐缩段的组合。从前述分析可知：气流通过渐缩断面通道时处于增速减压，这样将影响弯头的内侧处由于流体的惯性作用造成的附面层分离，使涡旋的发生延迟并大大降低它的大小和强度。实验证明：收缩形急转弯头的阻力总是小于等截面弯头＋渐缩段的组合[1,2]，而且这种布置方式无论从工艺、土建的角度来说，还是从制造成本来看，都更为合理。这种收缩形急转弯头的内、外边可用相同的曲率半径，并且无需加设导流叶片（导流板）；只有在时才需考虑导流的问题。　　　　90°等截面弯头＋渐缩段组合收缩形急转弯头示意图　　2.2用90°等截面弯头

7、＋渐扩段组合代替扩散形急转弯头　　我们同样经常遇到扩散形急转弯头或90°弯头＋渐扩段的组合：需要强调的是：该组合与收缩形急转弯头的气流流动特性恰恰相反。气流通过渐扩断面通道时处于增压减速区，这样会使弯头内侧的附面层分离提前，而且在离心力和反向压差的共同作用下，涡旋的强度和大小都会大大增加。实验同样证明了在等截面弯头后接上扩散管道的做法比直接用扩散形急转弯头的阻力小[1,2]，这在风道设计时需将收缩形急转弯头与扩散形急转弯头区别对待。　　2.3用45°等截面弯头＋渐扩（缓）＋45°等截面弯头组合代替90°

8、等截面弯头＋渐扩（急）　　尽管在前述中谈到用90°等截面弯头＋渐扩段组合代替扩散形急转弯头更为合理，但是这种组合方式下异形段间的相互影响仍然很大，如果能将风道布置成45°等截面弯头＋渐扩（缓）＋45°等截面弯头组合，将更有利于气流的流动。　　　　90°弯头段＋渐扩段（急）45°弯头段＋渐扩段（缓）＋45°弯头段　　上图中的左边的风道由一个长直段＋90°弯头段（R/D=1）＋渐扩段（急）＋短直段构成。分析气流流动可知：气流进入弯头后，在90°