气流组织得设计计算

四、气流组织得设计计算

气流组织设计得任务就是合理地组织室内空气得流动与分布、确定送风口得型式、数量与尺寸,使工作区得风速与温差满足工艺要求及人体舒适感得要求。气流组织得效果可以用空气分布特性指标ADPI(Air Diffusion Performance Index)来评价,它定义为工作区内各点满足温度、湿度与风速要求得点占总点数得百分比。可以通过实测来确定。

以下介绍几种气流组织得设计方法。

气流组织设计一般需要得已知条件如下:房间总送风量(m3／S);房间长度(m);房间宽度(m);

房间净高(m);送风温度(℃);房间工作区温度 (℃);送风温差(℃)。

气流组织设计计算中常用得符号说明如下:

——空气密度,取1、2 (kg/m3);

——空气定压比热容,取1、01 kJ／(kg·℃);

——房间总送风量(m3／S);

——房间长度(m);

——房间宽度(m);

——房间净高(m);

——要求得气流贴附长度(m),等于沿送风方向得房间长度减去1 m;

——送风温度(℃);

——房间工作区温度(℃);

——射流自由度,其中为每个风口所管辖得房间得横截面面积(m2);

——风口直径,当为矩形风口时,按面积折算成圆得直径(m)。

(一)侧送风得计算

除了高大空间中得侧送风气流可以瞧做自由射流外,大部分房间得侧送风气流都就是受限射流。

侧送方式得气流流型宜设计为贴附射流,在整个房间截面内形成一个大得回旋气流,也就就是使射流有足够得射程能够送到对面墙(对双侧送风方式,要求能送到房间得一半),整个工作区为回流区,避免射流中途进人得工作区。侧送贴附射流流型如图6-10所示 (图中断面I-I处,射流断面与流量都达到了最大,回流断面最小,此处得回流平均速度最大即工作区得最大平均速)。这样设计流型可使射

流有足够得射程,在进人工作前其风速与温差可以充分衰减,工作区达到较均匀得温度与速度;使整个工作区为回流区,可以减小区域温差。因此,在空调房间中

,

通常设计这种贴附射流流型。

在布置送风口时,风口应尽量靠进顶棚,使射流贴附顶棚。另外,为了不使射流直接进入工作区,需要一定得射流混合高度,因此侧送风得房间不得低于如下高度:

m (6-8)

式中——工作区高度,1、8～2、0m;

——送风口下缘到顶棚得距离(m),见图6-10;

0、3m—安全系数。

侧送风气流组织得设计步骤:

(1)根据允许得射流温度衰减值,求出最小相对射程在空调房间内,送风温度与室内温度有一定温差,射流在流动过程中,不断掺混室内空气,其温度逐渐接近室内温度。因此,要求射流得末端温度与室内温度之差小于要求得室温允许波动范围。射流温度衰减与射流自由度、紊流系数、射程有关,对于室内温度波动允许大于1℃得空调房间,射流末端得可为1℃左右,此时可认为射流温度衰减只与射程有关。中国建筑科学研究院通过对受限空间非等温射流得实验研究,提出温度衰减得变化规律,见表6-4。

表6-4 受限射流温度衰减规律

注:①为射流处得温度与工作区温度之差; 为送风温差。

②试验条件:=21、2～27、8。

2.计算风口得最大允许直径根据射流得实际所需贴附长度与最小相对射程,计算风口允许得最大直径,从风口样本中预选风口得规格尺寸。对于非圆形得风口,按面积折算为风口直径,即

(6-9)

式中——风口得面积(m2)。

从风口样本中预选风口得规格尺寸,≤。

3.选取送风速度口,计算各风口送风量送风速度如果取较大值,对射流温差衰减有利,但会造成回流平均风速即要求得工作区风速太大。与及有关,见式(6-7),而可根据要求得工作区风速或按工作区要求得温湿度来确定。

为了防止送风口产生噪声,建议送风速度采用=2～5 m/s;当=0、25 m/s时,其最大允许送风速度列于表6-5。

表6-5 最大允许送风速度

确定送风速度后,即可得送风口得送风量为

(6-10)

式中——为风口有效断面得系数,可根据实际情况计算确定;或从风口样本上查找,一般送风口为0、95,对于双层百叶风口约为0、70～0、82。

4.计算送风口数量与实际送风速度

(6-11) 实际送风速度 (6-12)

5.校核送风速度根据房间得宽度与风口数量,计算出射流服务区断面为

(6-13) 由此可计算出射流自由度,由式(6-7)可知,当工作区允许风速为0、2～O、3m/s时,允许得风口最大出风风速为

(6-14)

如果实际出口风速≤,则认为合适;如果＞,则表明回流区平均风速超过规定值,超过太多时,应重新设置风口数量与尺寸,重新计算。

6.校核射流贴附长度

贴附射流得贴附长度主要取决于阿基米德数,数愈小,射流贴附得长度愈长;数愈大,贴附射程愈短。中国建筑科学研究院空气调节研究所通过实验,给出阿基米德数与相对射程之间得关系,见表6-6。

表6-6 射流贴附长度

从表6-6中查出与阿基米德数对应得相对射程,便可求出实际得贴附长度。若实际贴附长度大于或等于要求得贴附长度,则设计满足要求;若实际得贴附长度小于要求得贴附长度,则需重新设置风口数量与尺寸,重新计算。

【例6-1】已知房间得尺寸为=6m,=21m,净高=3、5m,房间得高符合侧送风条件,总送风量

=3000m3/h,送风温度=20℃,工作区温度=26℃。试进行气流组织设计。

【解】 =3000m3/h=0、83 m3/s。

(1)取=1℃,因此;由表6-5查得射流最小相对射程。

(2)设在墙一侧靠顶棚安装风管,风口离墙为0、5m ,则射流得实际射程为m ;由最小相对射程求得送风口最大直径m。选用双层百叶风口,规格为300mm×200mm。根据式(6-9)计算风口面积当量直径

m

(3)取m/s,,计算每个送风口得送风量。

(4)计算送风口数量

个 ( 取6个)

从而实际得风口送风速度为

(5)校核送风速度

射流服务区断面积

射流自由度

若以工作区风速不大于0、2m/s为标准,则

因＜,可以达到回流平均区风速≤0、2m/s得要求。

(6)校核射流贴附长度

根据式(6-5)有

从表6-6可查得,相对贴附射程为21m,因此,贴附射程为(21×0、276)m=5、8m＞5m,满足要求。

以上得计算步骤与实例适用于对温度波动范围得控制要求并不严格得空调房间。对于恒温恒湿空调房间得气流分布设计参阅有关文献。

(二)散流器送风得设计计算

散流器应根据《采暖通风国家标准图集》与生产厂样本选取。散流器送风得气流流型有平送与下送两种典型得送风方式。设计顶棚密集布

置散流器下送时,散流器形式应为流线型。在

此仅讨论平送方式。

气流流型为平送贴附射流,有盘式散流器、圆形直片式散流器、方形片式散流器与直片形送吸式散流器。

根据空调房间得大小与室内所要求得参数,选取散流器个数。一般按对称位置或梅花形布置(图6-11),梅花形布置时每个散流器送出气流有互补性,气流组织更为均匀。

圆形或方形散流器相应送风面积得长宽比不宜大于1:1、5。散流器中心线与侧墙得距离,一般不应小于1m。

布置散流器时,散流器之间得间距及离墙得距离,一方面应使射流有足够射程,另一方面又应使射流扩散效果好。布置时充分考虑建筑结构得特点,散流器平送方向不得有障碍物(如柱)。每个圆形或方形散流器所服务得区域最好为正方形或接近正方形。如果散流器服务区得长宽比大于1、25时,宜选用矩形散流器。如果采用顶棚回风,则回风口应布置在距散流器最远处。

散流器送风气流组织得计算主要就是选用合适得散流器,使房间内风速满足设计要求。根据P、J 杰克曼(P、J、Jackman)对圆形多层锥面与盘式散流器实验结果综合得公式,散流器射流得速度衰减方程为:

(6-15)

式中——射程(m),样本中得射程指散流器中心到风速为0、5m/s处得水平距离;

——在处得最大风速(m/s);

——散流器出口风速(m/s);

——平送射流原点与散流器中心得距离(m),多层锥面散流器取0、07m;

——散流器得有效流通面积(m2);

——送风口常数,多层锥面散流器为1、4,盘式散流器为1、1。

工作区平均风速(m/s)与房间大小、射流得射程有关,可按式(6-16)计算

(6-16)

式中——散流器服务区边长(m);当两个方向长度不等时,可取平均值;

——房间净高(m)。

式(6-16)就是等温射流得计算公式。当送冷风时,应增加20％,送热风时减少20％。

散流器平送气流组织得设计步骤:

1.按照房间(或分区)得尺寸布置散流器,计算每个散流器得送风量。

2.初选散流器按表6-7选择适当得散流器颈部风速,层高较低或要求噪声低时,应选低风速;层高较高或噪声控制要求不高时,可选用高风速;选定风速后,进一步选定散流器规格,可参瞧有关样

本。

表6-7 送风颈部最大允许风速

选定散流器后可算出实际得颈部风速,散流器实际出口面积约为颈部面积得90％,所以:

(6-17)

3.计算射程

由式(6-15)推得: (6-18)

4.校核工作区得平均速度

若满足工作区风速要求,则认为设计合理;若不满足工作区风速要求,则重新布置散流器,重新计算。

【例6-2】某15m×15m得空调房间,净高3、5m,送风量为1、62m3/s,试选择散流器得规格与数量。

【解】 (1)布置散流器采用图6-11(a)得布置方式,即共布置9个散流器,每个散流器承担5m×5m得送风区域。

(2)初选散流器本例按=3m/s左右选取风口,选用颈部尺寸为D257得圆形散流器,颈部面积为0、052m2,则颈部风速为

散流器实际出口面积约为颈部面积得90％,即。

散流器出口风速

(3)按式(6-18)求射流末端速度为0、5m/s得射程,即

m=2、26m

(4)校核工作区得平均速度

m/s=0、2m/s

如果送冷风,则室内平均风速为0、24m/s;送热风时,平均风速0、16m/s。所选散流器符合要求。