通风气流

第一章·绪论

一、通风

把建筑物室内污浊的空气直接或净化后排至室外，再把新鲜的空气补充进来，从而保持室内的空气环境符合卫生标准。

建筑物内部与外部的空气交换、混合的过程和现象，是影响室内空气品质的主要因素。

通风的目的：

保证排除室内污染物

保证室内人员的热舒适

满足室内人员对新鲜空气的需要

通风方式（按动力）：

自然通风：依靠自然风压、热压作用进行通风

风压通风：依靠自然风力作用在建筑上造成的压差

浮力通风：借助空气温度差异造成的浮力（热压通风）

通风方式（按动力）：

机械通风：利用风机等机械设备进行通风

适用于自然通风量不足、室内有可燃、有害气体的场合

优点：风量稳定，可控制调节

缺点：消耗能量

通风方式（按排除污染物方式）：

混合通风：干净空气顶部送入，与空气充分混合，污染物浓度一致

置换通风：新鲜空气底部送入、顶部排出，室内空气分层流动，垂直方向形成温度梯度和浓度梯度。

层流通风：风口均匀布置在整个地板、墙面、顶棚，空气品质好，运行费用高。

注意：通风与空气调节的区别

空调：用人为的方法处理室内空气的温度、湿度、洁净度和气流速度的技术。可使某些场所获得具有一定温度和一定湿度的空气，以满足使用者及生产过程的要求和改善劳动卫生和室内气候条件。

空气调节：使房间或封闭空间空气温度、湿度、洁净度和空气速度等参数，达到给定要求的技术。

一个特定空间内的空气环境，一般既要受到来自空间内部产生的热湿量和其他有害的干扰，同时还要受到来自空间外部的气候变化‘太阳辐射和外部空气中有害的干扰。为了保证特定空间内空气的温度、湿度、洁净度、气流速度等处于限定的变化范围，必须对这些干扰采取技术的手段来消除它们的影响。

通常采用的技术手段主要有

采用热湿交换技术以保证特定空间内的温湿度；

采用气流组织技术以保证特定空间内的空气合理流动并有合适的流速。

气流组织：在空调房间内合理地布置送风口和回风口，使得经过净化和热湿处理的空气，由送风口送入室内后，在扩散与混合的过程中，均匀地消除室内余热和余湿，从而使工作区形成比较均匀而稳定的温度、湿度、气流速度和洁净度，以满足生产工艺和人体舒适的要求。

二、气流技术的重要性

1、通过气流技术进行浓度控制（通过飞沫传播的传染性疾病)

2、舒适性空调房间空气的清新程度（空气龄）

3、高大空间空调中的气流组织（节能）

4、工业厂房的气流技术（洁净室）

5、通风过程中的气流技术（隧道通风）

6、除尘领域中的气流技术

（如种送排风罩、静电除尘器、旋风除尘器、重力沉降室）

7、火灾烟气流动及防排烟系统中的气流技术

A:人员走动影响排污，气流组织质量下降

B：气流能尽量均匀分布，排风口位置低，效果好。

三、研究目的

利用通风气流技术合理组织气流：

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

送风口位置及型式，

回风口位置，

房间几何形状，

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。

四、研究方法与参数

1、理论研究

2、试验模拟

3、数值模拟（CFD ）

Computational fluid dynamics

参数：1、温度场2、速度场3、浓度场4、压力场

第二章气流组织的理论基础

混合通风——射流

置换通风——羽流

羽流，是一种浮力差造成的重力流，是浮力带来的流动。

射流

重要特点：卷吸——与自由流体边界间的作用

意义：是进入室内的热、湿、新风的主要分布媒介

防止：不合适的温度变化梯度和吹风感；气流短路

自由空气射流

空气从一个开口或喷嘴释放到没有固体边界的空间中，

射流空气的静压等于周围空气的静压。

核心区、特征衰退区、轴对称衰退区、末端区

自由气流剪切层——边界层

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。

●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。

●射流的运动特征：射流各截面上速度分布的相似性

●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。

(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

当T 0>T e 时，Ａr>0，射流向上弯；

当T 0

Ar 大，则射流弯曲大

● 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。 受限射流的特征：扰动范围也是有限的

受限射流又分为：贴附和非贴附两种受限射流的运动状况。

贴附于顶棚的射流流动，称为贴附射流；反之则为非贴附射流。 常见的为贴附射流。

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。

● 非贴附射流

射流半径及流量不是一直增加，增大到一定程度后反而逐渐减小，使其边界线呈橄榄形。橄榄形的边界外部与固体边壁间形成与射流方向相反的回流区，于是流线呈闭合状，即是射流与回流共同形成的旋涡中心

射流出口至断面Ｉ－Ｉ，因为固体边壁尚未妨碍射流边界层的扩展，各运动参数所遵循的规律与自由射流一样，Ｉ－Ｉ第一临界面；

从I-I 断面开始，射流的扩展受到影响，卷吸周围流体的作用减弱，因而射流断面的扩大以及流量的增加比较缓慢，达到II-II 断面，射流流线开始越出边界层产生回流，射流流量开始沿程减少，因而射流流量在Ⅱ-Ⅱ断面取得最大值。由实验得知，该处的回流平均流速、回流流量亦为最大。称Ⅱ-Ⅱ断面为第二临界断面。

从Ⅱ-Ⅱ断面以后，射流主体流量、回流流量、回流平均流速都依次变小，直至Ⅳ-Ⅳ断面，射流主体流量减至为零。

这样，有限空间射流可以划分为三段：

（1）自由扩张段，喷口至第一临界断面；

003.70u u T T m

m =∆∆e e T u T T gd Ar 2000)(-=