长直管道送风系统均匀性及优化设计研究

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近年来,通风系统在民用建筑、工业建筑等领域得到了大规模应用。在民用建筑中,通风系统主要的作用在于保障工作区内的温度、湿度、风速、洁净度等指标达到人员舒适性需求;而在工业建筑中,通风系统则主要致力于降低工作区域内的污染性气体或颗粒物等污染源发散物浓度,保证工作人员能够长期地、健康地处于工作区,并降低因污染源导致慢性病的风险;至于其他特殊环境,如医院传染病区、精密实验室、大型计算站等,则需要保证整个建筑物中的各项指标符合人员健康安全要求和工作流程要求。考虑到工作性质特殊,不仅需要保证局部区域符合要求,还需要保证建筑物内整个区域都达到要求,这对通风系统风口的合理布置以及管内流动均匀性提出了挑战。实际工程应用表明,大多数通风系统运行时都或多或少产生风量分布不均等问题,而在长直管道通风系统的首端和末端尤为突出。本文以长直管道送风系统为研究对象,采用CFD计算软件ANSYS Fluent对送风系统进行模拟,分析了等截面送风管道内的压力和速度分布,研究了通风管道的阻力特性。研究了长直风管送风系统的流场均匀性,并根据送风阻力特性确定合理的静压分布,从而保证风口处的送风量达到一致。分析了影响等截面送风管道送风均匀性的风口数量n,风口间距离△L等特征参数;研究了变截面管道各风口的出流角大小和出风量的均匀性;为了保证各风口达到理想的出流要求,采用了出风口处添加短管的方法,以期获得出风口处截面理想的出流角分布,提高直管送风系统的均匀性。研究表明:(1)风口数量,风口间距离等各特征参数对等截面风管的均匀性存在影响,其中风口数量对送风分布的均匀性影响较大,风口数量越多,整体出风均匀性越差。(2)变截面风管能够较好地调整管道内的压力和速度分布,使得各出风口处的流体参数趋于一致,均匀性提升。(3)添加短管能够调整出风口截面的出流角均值,并改变短管的长度、上下口的长度、管壁倾斜角度等参数,可有效地改善出流角。(4)将变截面管道与合理的短管相结合,既能够使各风口的出流角达到较为理想要求,同时,又能够满足各风口气流参数的均匀性要求。数值模拟可得,变截面风管能够较好地调整风管内的压力和各风口的流量。在研究范围内,当等截面管道与延伸长度为15cm的竖直短管结合设置,或变截面管道与延伸长度为20cm的竖直短管结合设置时,风管整体的出流角大幅度上升,能够达到均匀竖直出流的要求。在本文研究范围内,当采用倾斜角接近45°的倾斜短管时,风管整体的出流情况能够达到均匀倾斜出流且倾斜角度范围一致的要求。
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