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1、第八章 空调房间的气流组织 o概述 o送风口空气射流 o回风口的空气汇流 o送 回风口型式 o气流组织的评价指标 o气流组织形式 o气流组织设计计算 1 第一节 概述 o气流组织设计的任务是合理地组织室内空气的流动 使室内工作区空气的温度 湿度 速度和洁净度能更 好地满足工艺要求及人们的舒适感要求 o空调房间气流组织是否合理 不仅直接影响房间的空 调效果 而且也影响空调系统的能耗量 o影响气流组织的因素很多 如送风口位置及型式 回 风口位置 房间几何形状及室内的各种扰动等 其中 以送风口的空气射流及其参数对气流组织的影响最为 重要 2 第八章 空调房间的气流组织 o概述 o送风口空气射流 o回
2、风口的空气汇流 o送 回风口型式 o气流组织的评价指标 o气流组织形式 o气流组织设计计算 3 第二节 送风口空气射流 o由送风口射出的空气射流 对室内气流组织 影响最大 因此 首先要讨论清楚送风口空 气射流的流动规律 先从等温自由射流入手 然后再考虑温差及边界条件等对射流的影 响 从而使所讨论的间题更加接近实际 在 讨论送风口空气射流时 重点在于阐明基本 概念 确定各种射流的作用范围及其速度分 布 为空调房间气流组织设计计算提供理论 基础 4 一 等温自由紊流射流 o设射流温度与房间温度相同 房间体积比射流体积大得多 送风口长宽比小于10 射流呈紊流状态 o当射流进入房间后 射流边界与周围气
3、体不断进行动量 质量交换 周围空气不断被卷入 射流流量不断增加 断 面不断扩大 而射流速度则因与周围空气的动量交换而不 断下降 当射流边界层扩散到轴心时 射流发展到了主体 段 随着射程的继续增大 速度继续减小 直至消失 5 等温自由紊流射流 o射流轴心速度的计算公式 o射流横断面直径计算公式 6 紊流系数 o紊流系数 值的大小与射流出口截面上的速度分布情况有关 分布 愈不均匀 值愈大 此外 值大小还与射流出口截面上的初始 紊动强度有关 紊流系数直接影响射流发展的快慢 值大 横向 脉动大 射流扩散角就大 射程就短 oo要想增大射程 可以提高出出口速度要想增大射程 可以提高出出口速度v v 0 0
4、 或者减小紊流系数或者减小紊流系数 要想要想 增大射流扩散角 可以选用增大射流扩散角 可以选用 值较大的送风口 值较大的送风口 7 二 非等温自由射流 o当射流出口温度与房间温度不相同时 称为非等温射流非等温射流 在空 气调节中 正是这种非等温射流 送风温度低于室内温度者为 冷射流 高于室内温度者为 热射流 o 一 轴心温差计算公式 n非等温射流进入房间后 射流边界与周围空气之间不仅要 进行动量交换 面且要进行热量交换 因此 射流随着离 开出口的距离增大 其轴心温度也在变化 轴心温差计算 公式为 8 非等温自由射流 o 二 轴心温差变化与轴心速度变化之比较 n热量扩散比动量扩散要快些 且有下式
5、成立 o 三 阿基米德数Ar n阿基米德数Ar表征浮升力与惯性力之比 其表达式为 9 射流轴心轨迹 o对于非等温射流而言 阿基米德数Ar是十分重要的无因次 准则数 如Ar 0时 显然是等温射流 如 Ar 0 001时 射流轴心轨迹的计算公 式为 式中 y 射流轴心偏离水平轴之距离 射流出口轴线与水平轴之夹角 a 紊流系数 10 三 受限射流 o当射流边界的扩展受到房间边壁影响时 就 称为受限射流受限射流 o不管是受限射流还是自由射流 都是对周围 空气的扰动 它所具有的能量是有限的 它 能引起的扰动范围也是有限的 不可能扩展 到无限远去 而受限射流还要受到房间边壁 的影响 因此形成了受限射流的特
6、征 11 一 受限射流的几何形状 o射流的几何形状与送风口安装位置有关 假设房高为H 送风口高度为h 则当 h 0 5H时 射流上下对称 呈橄榄形 当h 0 7H时 由于射流上部与顶棚之间 距离减小 卷吸的空气量少 因而流速 大 静压小 而射流下部则静压大 上 下压力差将射流往上举 使得气流贴附 于顶棚而流动 故称贴附射流贴附射流 贴附射 流仅有一边卷吸周围空气 速度衰减慢 射程比较长 如是冷射流 则贴附长 度缩短 并且 Ar 愈大 贴附长度愈短 o当射流不断卷吸周围空气时 周围较远处空气流必然要来补充 由于边 壁的存在与影响 势必导致形成回流 见图8 3 而回流范围有限 则促 使射流外逸 于
7、是射流与回流闭合 形成大涡流 在所谓的第 临界断 面处 将出现极值 射流断面最大 射流流量最大 回流流速最大 12 二 半经验公式 o若用Fn表示垂直于单股射流的房间横截面积 则 射流自由度可表示为 o射流的无因次距离为 o第 临界断面的无因次距离为 0 2 o最大回流平均速度vhp 13 四 平行射流的叠加 o当两股平行射流距离比较 近时 射流的发展互相影 响 在汇合之前 每股射 流独立发展 汇合之后 射流边界相交 互相干扰 并重叠 逐渐形成一股总 射流 总射流的轴心速度 逐渐增大 直至最大 然 后再逐渐衰减直至趋近于 零 14 五 旋转射流 o气流通过具有旋流作用的喷 咀向外射出 气流本身
8、一面 旋转 一面又向静止介质中 扩散前进 这种射流称为旋旋 转射流转射流 o由于射流的旋转 使得射流 介质获得向四周扩散的离心 力 和一般射流相比 旋转 射流的扩散角要大得多 射 程短得多 并且在射流内部 形成了一个回流区 正因为 旋转射流有如此特点 所以 对于要求快速混合的通风 场合 用它作为送风口是很 合适的 15 第八章 空调房间的气流组织 o概述 o送风口空气射流 o回风口的空气汇流 o送 回风口型式 o气流组织的评价指标 o气流组织形式 o气流组织设计计算 16 第三节 回风口的空气汇流 o由流体力学可知 对于一个点汇 其流场 中的等速面是以汇点为中心的等球面 o因为通过各个球面的流
9、量都相等 故有下 式成立 ov1 v2 任意两个球面的流速 r1 r2 任意两个球面至汇点的距离 o可以看出 对于汇流来说 随着离开汇点 的距离增加 流速呈二次方衰减 所以汇 流的作用范围是很小的 这就是它对房间 气流组织影响比较小的原因 17 回风口的空气汇流 o实际回风口面积与房间相比 并不能看作为 一个点 而是一个面积 因此 用点汇的计 算方法来计算回风口的汇流场是不合适的 图 8 7 是对具有面积为F的回风口的实验曲 线 其等速面为椭球面 o写成公式形式为 o适用范围为 回风口的高宽比大于0 2及 x d 1 5 其中d0为回风口的当量直径 18 第八章 空调房间的气流组织 o概述 o
10、送风口空气射流 o回风口的空气汇流 o送 回风口型式 o气流组织的评价指标 o气流组织形式 o气流组织设计计算 19 一 送风口型式 o送风口型式及其紊流系数大小 对射流的发展及流 型的形成都有直接影响 因此 在设计气流组织时 根据空调精度 气流型式 送风口安装位置以及 建筑装修的艺术配合等方面的要求选择不同型式的 送风口 o 一 侧送风口 n在房间内横向送出气流的风口叫侧送风口 这类风口中 用得最多的是百叶风口 百叶风口中的百叶做成活动 可调 既能调风量 也能调方向 为了满足不同的调节 性能要求 可将百叶做成多层 每层有各自的调节功能 除了百叶送风口外 还有格栅送风口和条缝送风口 这两种风口
11、可以与建筑装饰很好地配合 20 常 用 侧 送 风 口 型 式 21 22 固定叶片斜百叶式送风口 可开百叶侧壁格栅风口 o叶片固定 倾斜角24度 o可作为送风口或回风口 o有单向和双向斜送风两种 o整个风口呈活门形式 活门与边框间开 关自如 有利于安装和与过滤器的配套 使用 常用于客房的回风 23 自垂百叶风口 遮光百叶风口 o用于有正压的空调房间的自动排气 o百叶依靠自重自然下垂 隔绝室内 外的空气交换 当室内气压高于室 外时 气流将百叶吹开 排气 反 之 则不行 o用于暗室通风 24 o垂直送风 侧送 上送 一般空调工程 格栅风口 Grille 25 o条缝散流器 Linear slot
12、 diffusers VAV合适 o灯具送风散流器 Light troffer diffusers VAV合适 o条缝隔栅风口 Linear Bar Grille 一般空调 o适用 内区吊顶 周边吊顶 窗台 地板 上侧送 条缝风口 Linear slot outlets 26 二 散流器 o散流器是安装在顶棚上的送风口 自上而下 送出气流 散流器的型式很多 有盘式散流 器 气流呈辐射状送出 且为贴附射流 有 片式散流器 设有多层可调散流片 使送风 或呈辐射状 或呈锥形扩散 也有将送回风 口结合在一起的送 吸式散流器 另外还有 适用于净化空调的流线型散流器 27 28 o方矩形散流器 气流形式为
13、贴附 平送 型 o一般用于冷暖送风 o吹出气流贴附型 o结构多为多层锥面型 o室内诱导气流量大 出风 气流速度和温度衰减快 圆形散流器 29 p圆盘散流器 一般用于冷暖送风 吹出气流散流 下送 型 o圆形斜片散流器 n圆形外框 直形叶片 叶片倾斜角24度 o圆环形叶片散流器 n叶片圆环形 30 三 孔板送风口 o空气经过开有若干小孔的孔板而进人房间 这种风 口型式叫孔板送风口 孔板送风口的最大特点是送 风均匀 气流速度衰减快 因此最适用于要求工作 区气流均匀 区域温差较小的房间 如高精度恒温 室与平行流洁净室 31 四 喷射式送风口 o喷射式送风口是一个渐缩圆锥台形短管 它的渐缩角很小 风口无
14、叶片阻挡 噪声 低 紊流系数小 射程长 这种送风口适 用于大空间公共建筑 如体育馆 电影院 以及大的生产车间等场合 32 五 旋流送风口 o空调送风经旋流叶片切向进入 集尘箱 形成旋转气流由格栅 送出 送风气流与室内空气混 合好 速度衰减快 这种送风 口很适合于电子计算机房的地 面送风 33 二 回风口 o由于回风口的汇流场对房间气流组织影响比 较小 因此它的形式也比较简单 有的只在 孔口加一金属网格 也有装格栅和百叶的 通常要与建筑装饰相配合 o回风口的形状和位置根据气流组织要求而定 若设在房间下部时 为避免灰尘和杂物被 吸入 风口下缘离地面至少为0 15m o回风口形式可以简单 但要求应有
15、调节风量 的装置 34 第八章 空调房间的气流组织 o概述 o送风口空气射流 o回风口的空气汇流 o送 回风口型式 o气流组织的评价指标 o气流组织形式 o气流组织设计计算 35 一 技术指标 o笼统地说 设计标准就是理 所当然的技术指标 但对不 同性质的空调系统来说 由 于所要强调的角度不同 所 以往往提出不同的评价指标 o 一 速度不均匀系数 n对工艺性空调来说 除了要求 在工作区内所有测点的速度平 均值满足设计要求外 还要求 工作区内的速度不均匀性满足 设计要求 为此 引入 速度不 均匀系数 K 式中 n 测量点数 v 工作区任一点速度 vp n个测点的速度算术平均值速度算术平均值 sv
16、 速度的均方根偏差速度的均方根偏差 36 二 有效温度差 o对舒适性空调来说 则用人的舒适感觉作为评价的技术指标 人的舒适感觉与众多因素有关 评价指标也可以是各种各样 这里采用有效温度差 q 来评价温度和速度对舒适感觉的综合作 用效果 q t tn M v vr 式中 t 房间任一点温度 v 房间任一点速度 tn 给定室温 vr 停滞区流速 取vr 0 15m s M 与单位风速效应相当的温度值 取M 7 66 m s 1 o大多数人感觉舒适的有效温度差q值 是根据实验或投票确定根据实验或投票确定的 若q 1 7 1 1之间 则多数人感觉舒适 37 二 经济指标 o气流组织设计的任务 就是以一定型式送进房间一定数量经过处理成 某种参数的空气 用以消除室内一定量的某种有害物使室内工作区空 气的某些参数的值和波动范围达到设计要求 换句话说 消除室内某 种有害物是以投入能量为代价的 因此 作为评价气流组织的经济指 标 就应能够反映投入能量的利用程度 为此 引入 投入能量利用 系数 b o恒温空调系统的 投入能量利用系数 bt o式中 t0 送风温度 o tn 工作区设计温度 o tp 排风温
