空调房间的气流组织

1第八章空调房间的气流组织概述送风口空气射流回风口的空气汇流送、回风口型式气流组织的评价指标气流组织形式气流组织设计计算2第一节概述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。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。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。3第八章空调房间的气流组织概述送风口空气射流回风口的空气汇流送、回风口型式气流组织的评价指标气流组织形式气流组织设计计算4第二节送风口空气射流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。5一、等温自由紊流射流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。当射流进入房间后，射流边界与周围气体不断进行动量、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。6等温自由紊流射流射流轴心速度的计算公式射流横断面直径计算公式147.048.000daxx)147.0(.8600daxddx7紊流系数紊流系数α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，α值愈大。此外，α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，α值大，横向脉动大，射流扩散角就大，射程就短。要想增大射程，可以提高出出口速度v0或者减小紊流系数α；要想增大射流扩散角，可以选用α值较大的送风口。8二、非等温自由射流当射流出口温度与房间温度不相同时，称为非等温射流。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”。(一)轴心温差计算公式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147.035.000daxTTx9非等温自由射流(二)轴心温差变化与轴心速度变化之比较热量扩散比动量扩散要快些，且有下式成立(三)阿基米德数Ar阿基米德数Ar表征浮升力与惯性力之比，其表达式为003.70xxTTnnTTTgdAr2000)(10射流轴心轨迹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，仍可按等温射流计算: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。α－射流出口轴线与水平轴之夹角。a－紊流系数)35.0cos51.0()cos(02000daxdxArtgdxdy11三、受限射流当射流边界的扩展受到房间边壁影响时，就称为受限射流。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征。12(一)受限射流的几何形状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。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，于是射流与回流闭合，形成大涡流。在所谓的第Ⅱ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。13(二)半经验公式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射流的无因次距离为第Ⅱ临界断面的无因次距离为=0.2最大回流平均速度vhp0/dFnnFxax/69.000dFvvnhpx14四、平行射流的叠加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。15五、旋转射流气流通过具有旋流作用的喷咀向外射出，气流本身一面旋转，一面又向静止介质中扩散前进，这种射流称为旋转射流。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。16第八章空调房间的气流组织概述送风口空气射流回风口的空气汇流送、回风口型式气流组织的评价指标气流组织形式气流组织设计计算17第三节回风口的空气汇流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。因为通过各个球面的流量都相等，故有下式成立：v1、v2－任意两个球面的流速。r1、r2－任意两个球面至汇点的距离。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。21221)(rrvv18回风口的空气汇流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。写成公式形式为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。FFxx201075.019第八章空调房间的气流组织概述送风口空气射流回风口的空气汇流送、回风口型式气流组织的评价指标气流组织形式气流组织设计计算20一、送风口型式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。(一)侧送风口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，这两种风口可以与建筑装饰很好地配合。常用侧送风口型式23固定叶片斜百叶式送风口可开百叶侧壁格栅风口叶片固定，倾斜角24度。可作为送风口或回风口有单向和双向斜送风两种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24自垂百叶风口遮光百叶风口用于有正压的空调房间的自动排气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。用于暗室通风25垂直送风，侧送，上送，一般空调工程格栅风口（Grille)26条缝散流器(Linearslotdiffusers)VAV合适灯具送风散流器(Lighttrofferdiffusers)VAV合适条缝隔栅风口（LinearBarGrille)：一般空调适用：内区吊顶，周边吊顶，窗台，地板，上侧送条缝风口(Linearslotoutlets)27(二)散流器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。2829方矩形散流器:气流形式为贴附（平送）型一般用于冷暖送风吹出气流贴附型结构多为多层锥面型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30圆盘散流器:一般用于冷暖送风吹出气流散流（下送）型圆形斜片散流器:圆形外框，直形叶片，叶片倾斜角24度圆环形叶片散流器:叶片圆环形31(三)孔板送风口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。32(四)喷射式送风口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。33(五)旋流送风口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。34二、回风口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。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。回风口形式可以简单，但要求应有调节风量的装置。35第八章空调房间的气流组织概述送风口空气射流回风口的空气汇流送、回风口型式气流组织的评价指标气流组织形式气流组织设计计算36一、技术指标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。(一)速度不均匀系数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。pvvvKnvvp1)(2nvvpv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，v－速度的均方根偏差。37(二)有效温度差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)。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的。若q＝-1.7～+1.1之间，则多数人感觉舒适。38二、经济指标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.恒温空调系统的“投入能量利用系数”bt。式中:t0－送风温度，tn－工作区设计温度，tp－排风温度。通常，送风量是根据排风温度等于工作区设计温度进行计算的。实际上，房间内的温度并不处处均匀相等，因此，排风口设置在不同部位，就会有不同的排风温度，投入能量利用系数也不相同。00ttttnptb39经济指标可以看出:当tp=t