空調(diào)房間的氣流組織PPT課件

.,1,第八章空調(diào)房間的氣流組織,概述送風口空氣射流回風口的空氣匯流送、回風口型式氣流組織的評價指標氣流組織形式氣流組織設計計算,.,2,第一節(jié)概述,氣流組織設計的任務是合理地組織室內(nèi)空氣的流動、使室內(nèi)工作區(qū)空氣的溫度、濕度、速度和潔凈度能更好地滿足工藝要求及人們的舒適感要求。空調(diào)房間氣流組織是否合理，不僅直接影響房間的空調(diào)效果，而且也影響空調(diào)系統(tǒng)的能耗量。影響氣流組織的因素很多，如送風口位置及型式，回風口位置，房間幾何形狀及室內(nèi)的各種擾動等。其中以送風口的空氣射流及其參數(shù)對氣流組織的影響最為重要。,.,3,第八章空調(diào)房間的氣流組織,概述送風口空氣射流回風口的空氣匯流送、回風口型式氣流組織的評價指標氣流組織形式氣流組織設計計算,.,4,第二節(jié)送風口空氣射流,由送風口射出的空氣射流，對室內(nèi)氣流組織影響最大，因此，首先要討論清楚送風口空氣射流的流動規(guī)律。先從等溫自由射流入手，然后再考慮溫差及邊界條件等對射流的影響，從而使所討論的間題更加接近實際。在討論送風口空氣射流時，重點在于闡明基本概念，確定各種射流的作用范圍及其速度分布，為空調(diào)房間氣流組織設計計算提供理論基礎。,.,5,一、等溫自由紊流射流,設射流溫度與房間溫度相同，房間體積比射流體積大得多，送風口長寬比小于10，射流呈紊流狀態(tài)。當射流進入房間后，射流邊界與周圍氣體不斷進行動量、質(zhì)量交換，周圍空氣不斷被卷入，射流流量不斷增加，斷面不斷擴大。而射流速度則因與周圍空氣的動量交換而不斷下降，當射流邊界層擴散到軸心時，射流發(fā)展到了主體段，隨著射程的繼續(xù)增大，速度繼續(xù)減小，直至消失。,.,6,等溫自由紊流射流,射流軸心速度的計算公式射流橫斷面直徑計算公式,.,7,紊流系數(shù),紊流系數(shù)值的大小與射流出口截面上的速度分布情況有關，分布愈不均勻，值愈大。此外，值大小還與射流出口截面上的初始紊動強度有關。紊流系數(shù)直接影響射流發(fā)展的快慢，值大，橫向脈動大，射流擴散角就大，射程就短。要想增大射程，可以提高出出口速度v0或者減小紊流系數(shù)；要想增大射流擴散角，可以選用值較大的送風口。,.,8,二、非等溫自由射流,當射流出口溫度與房間溫度不相同時，稱為非等溫射流。在空氣調(diào)節(jié)中，正是這種非等溫射流。送風溫度低于室內(nèi)溫度者為“冷射流”，高于室內(nèi)溫度者為“熱射流”。(一)軸心溫差計算公式非等溫射流進入房間后，射流邊界與周圍空氣之間不僅要進行動量交換，面且要進行熱量交換。因此，射流隨著離開出口的距離增大，其軸心溫度也在變化。軸心溫差計算公式為,.,9,非等溫自由射流,(二)軸心溫差變化與軸心速度變化之比較熱量擴散比動量擴散要快些，且有下式成立(三)阿基米德數(shù)Ar阿基米德數(shù)Ar表征浮升力與慣性力之比，其表達式為,.,10,射流軸心軌跡,對于非等溫射流而言，阿基米德數(shù)Ar是十分重要的無因次準則數(shù)。如Ar=0時，顯然是等溫射流；如|Ar|0.001時，射流軸心軌跡的計算公式為:式中:y射流軸心偏離水平軸之距離。射流出口軸線與水平軸之夾角。a紊流系數(shù),.,11,三、受限射流,當射流邊界的擴展受到房間邊壁影響時，就稱為受限射流。不管是受限射流還是自由射流，都是對周圍空氣的擾動，它所具有的能量是有限的，它能引起的擾動范圍也是有限的，不可能擴展到無限遠去，而受限射流還要受到房間邊壁的影響，因此形成了受限射流的特征。,.,12,(一)受限射流的幾何形狀,射流的幾何形狀與送風口安裝位置有關。假設房高為H，送風口高度為h，則當h0.5H時，射流上下對稱，呈橄欖形；當h0.7H時，由于射流上部與頂棚之間距離減小，卷吸的空氣量少，因而流速大，靜壓小，而射流下部則靜壓大，上下壓力差將射流往上舉，使得氣流貼附于頂棚而流動，故稱貼附射流。貼附射流僅有一邊卷吸周圍空氣，速度衰減慢，射程比較長。如是冷射流，則貼附長度縮短，并且|Ar|愈大，貼附長度愈短。,當射流不斷卷吸周圍空氣時，周圍較遠處空氣流必然要來補充，由于邊壁的存在與影響，勢必導致形成回流(見圖8-3)。而回流范圍有限，則促使射流外逸，于是射流與回流閉合，形成大渦流。在所謂的第臨界斷面處，將出現(xiàn)極值:射流斷面最大，射流流量最大，回流流速最大。,.,13,(二)半經(jīng)驗公式,若用Fn表示垂直于單股射流的房間橫截面積，則射流自由度可表示為射流的無因次距離為第臨界斷面的無因次距離為=0.2最大回流平均速度vhp,.,14,四、平行射流的疊加,當兩股平行射流距離比較近時，射流的發(fā)展互相影響。在匯合之前，每股射流獨立發(fā)展。匯合之后，射流邊界相交，互相干擾并重疊，逐漸形成一股總射流?？偵淞鞯妮S心速度逐漸增大，直至最大，然后再逐漸衰減直至趨近于零。,.,15,五、旋轉(zhuǎn)射流,氣流通過具有旋流作用的噴咀向外射出，氣流本身一面旋轉(zhuǎn)，一面又向靜止介質(zhì)中擴散前進，這種射流稱為旋轉(zhuǎn)射流。由于射流的旋轉(zhuǎn)，使得射流介質(zhì)獲得向四周擴散的離心力。和一般射流相比，旋轉(zhuǎn)射流的擴散角要大得多，射程短得多，并且在射流內(nèi)部形成了一個回流區(qū)。正因為旋轉(zhuǎn)射流有如此特點，所以，對于要求快速混合的通風場合，用它作為送風口是很合適的。,.,16,第八章空調(diào)房間的氣流組織,概述送風口空氣射流回風口的空氣匯流送、回風口型式氣流組織的評價指標氣流組織形式氣流組織設計計算,.,17,第三節(jié)回風口的空氣匯流,由流體力學可知，對于一個點匯，其流場中的等速面是以匯點為中心的等球面。因為通過各個球面的流量都相等，故有下式成立：v1、v2任意兩個球面的流速。r1、r2任意兩個球面至匯點的距離?？梢钥闯觯瑢τ趨R流來說，隨著離開匯點的距離增加，流速呈二次方衰減。所以匯流的作用范圍是很小的，這就是它對房間氣流組織影響比較小的原因。,.,18,回風口的空氣匯流,實際回風口面積與房間相比，并不能看作為一個點，而是一個面積。因此，用點匯的計算方法來計算回風口的匯流場是不合適的。圖(8-7)是對具有面積為F的回風口的實驗曲線，其等速面為橢球面。寫成公式形式為適用范圍為，回風口的高寬比大于0.2及x/d1.5，其中d0為回風口的當量直徑。,.,19,第八章空調(diào)房間的氣流組織,概述送風口空氣射流回風口的空氣匯流送、回風口型式氣流組織的評價指標氣流組織形式氣流組織設計計算,.,20,一、送風口型式,送風口型式及其紊流系數(shù)大小，對射流的發(fā)展及流型的形成都有直接影響。因此，在設計氣流組織時，根據(jù)空調(diào)精度、氣流型式、送風口安裝位置以及建筑裝修的藝術配合等方面的要求選擇不同型式的送風口。(一)側(cè)送風口在房間內(nèi)橫向送出氣流的風口叫側(cè)送風口。這類風口中，用得最多的是百葉風口。百葉風口中的百葉做成活動可調(diào)，既能調(diào)風量，也能調(diào)方向。為了滿足不同的調(diào)節(jié)性能要求，可將百葉做成多層，每層有各自的調(diào)節(jié)功能。除了百葉送風口外，還有格柵送風口和條縫送風口，這兩種風口可以與建筑裝飾很好地配合。,常用側(cè)送風口型式,.,23,固定葉片斜百葉式送風口,可開百葉側(cè)壁格柵風口,葉片固定，傾斜角24度?？勺鳛樗惋L口或回風口有單向和雙向斜送風兩種,整個風口呈活門形式，活門與邊框間開關自如，有利于安裝和與過濾器的配套使用，常用于客房的回風,.,24,自垂百葉風口,遮光百葉風口,用于有正壓的空調(diào)房間的自動排氣百葉依靠自重自然下垂，隔絕室內(nèi)外的空氣交換，當室內(nèi)氣壓高于室外時，氣流將百葉吹開，排氣，反之，則不行。,用于暗室通風,.,25,垂直送風，側(cè)送，上送，一般空調(diào)工程,格柵風口（Grille),.,26,條縫散流器(Linearslotdiffusers)VAV合適燈具送風散流器(Lighttrofferdiffusers)VAV合適條縫隔柵風口（LinearBarGrille)：一般空調(diào)適用：內(nèi)區(qū)吊頂，周邊吊頂，窗臺，地板，上側(cè)送,條縫風口(Linearslotoutlets),.,27,(二)散流器,散流器是安裝在頂棚上的送風口，自上而下送出氣流。散流器的型式很多，有盤式散流器，氣流呈輻射狀送出，且為貼附射流；有片式散流器，設有多層可調(diào)散流片，使送風或呈輻射狀，或呈錐形擴散；也有將送回風口結(jié)合在一起的送、吸式散流器；另外還有適用于凈化空調(diào)的流線型散流器。,.,28,.,29,方矩形散流器:氣流形式為貼附（平送）型,一般用于冷暖送風吹出氣流貼附型結(jié)構(gòu)多為多層錐面型室內(nèi)誘導氣流量大，出風氣流速度和溫度衰減快,圓形散流器,.,30,圓盤散流器:一般用于冷暖送風吹出氣流散流（下送）型,圓形斜片散流器:圓形外框，直形葉片，葉片傾斜角24度,圓環(huán)形葉片散流器:葉片圓環(huán)形,.,31,(三)孔板送風口,空氣經(jīng)過開有若干小孔的孔板而進人房間，這種風口型式叫孔板送風口。孔板送風口的最大特點是送風均勻，氣流速度衰減快。因此最適用于要求工作區(qū)氣流均勻、區(qū)域溫差較小的房間，如高精度恒溫室與平行流潔凈室。,.,32,(四)噴射式送風口,噴射式送風口是一個漸縮圓錐臺形短管，它的漸縮角很小，風口無葉片阻擋，噪聲低，紊流系數(shù)小，射程長。這種送風口適用于大空間公共建筑，如體育館，電影院以及大的生產(chǎn)車間等場合。,.,33,(五)旋流送風口,空調(diào)送風經(jīng)旋流葉片切向進入集塵箱，形成旋轉(zhuǎn)氣流由格柵送出。送風氣流與室內(nèi)空氣混合好，速度衰減快。這種送風口很適合于電子計算機房的地面送風。,.,34,二、回風口,由于回風口的匯流場對房間氣流組織影響比較小，因此它的形式也比較簡單，有的只在孔口加一金屬網(wǎng)格，也有裝格柵和百葉的，通常要與建筑裝飾相配合。回風口的形狀和位置根據(jù)氣流組織要求而定。若設在房間下部時，為避免灰塵和雜物被吸入，風口下緣離地面至少為0.15m?；仫L口形式可以簡單，但要求應有調(diào)節(jié)風量的裝置。,.,35,第八章空調(diào)房間的氣流組織,概述送風口空氣射流回風口的空氣匯流送、回風口型式氣流組織的評價指標氣流組織形式氣流組織設計計算,.,36,一、技術指標,籠統(tǒng)地說，設計標準就是理所當然的技術指標。但對不同性質(zhì)的空調(diào)系統(tǒng)來說，由于所要強調(diào)的角度不同，所以往往提出不同的評價指標。(一)速度不均勻系數(shù)對工藝性空調(diào)來說，除了要求在工作區(qū)內(nèi)所有測點的速度平均值滿足設計要求外，還要求工作區(qū)內(nèi)的速度不均勻性滿足設計要求。為此，引入“速度不均勻系數(shù)”K。,式中:n測量點數(shù)，v工作區(qū)任一點速度，vpn個測點的速度算術平均值，sv速度的均方根偏差。,.,37,(二)有效溫度差,對舒適性空調(diào)來說，則用人的舒適感覺作為評價的技術指標。人的舒適感覺與眾多因素有關，評價指標也可以是各種各樣。這里采用有效溫度差q來評價溫度和速度對舒適感覺的綜合作用效果。q=(ttn)M(vvr)式中:t房間任一點溫度，v房間任一點速度，tn給定室溫，vr停滯區(qū)流速，取vr0.15m/s，M與單位風速效應相當?shù)臏囟戎?，取M7.66(ms-1)。大多數(shù)人感覺舒適的有效溫度差q值，是根據(jù)實驗或投票確定的。若q-1.7+1.1之間，則多數(shù)人感覺舒適。,.,38,二、經(jīng)濟指標,氣流組織設計的任務，就是以一定型式送進房間一定數(shù)量經(jīng)過處理成某種參數(shù)的空氣，用以消除室內(nèi)一定量的某種有害物使室內(nèi)工作區(qū)空氣的某些參數(shù)的值和波動范圍達到設計要求。換句話說，消除室內(nèi)某種有害物是以投入能量為代價的。因此，作為評價氣流組織的經(jīng)濟指標，就應能夠反映投入能量的利用程度，為此，引入“投入能量利用系數(shù)”b.恒溫空調(diào)系統(tǒng)的“投入能量利用系數(shù)”bt。式中:t0送風溫度，tn工作區(qū)設計溫度，tp排風溫度。通常，送風量是根據(jù)排風溫度等于工作區(qū)設計溫度進行計算的。實際上，房間內(nèi)的溫度并不處處均勻相等，因此，排風口設置在不同部位，就會有不同的排風溫度，投入能量利用系數(shù)也不相同。,.,39,經(jīng)濟指標,可以看出:當tp=tn時，bt=1.0，表明送風經(jīng)熱交換吸收余熱量后達到室內(nèi)溫度，并進而排出室外。當tptn時，bt1.0，表明送風吸收部分余熱達到室內(nèi)溫度、且能控制工作區(qū)的溫度，而排風溫度可以高于室內(nèi)溫度，經(jīng)濟性好。當tp1.0，經(jīng)濟性好。但是，下部送風溫差不能太大。為此，可采用旋流送風口，因旋流的強烈混摻作用，特別是旋流中存在回流區(qū)，使得送風與室內(nèi)空氣迅速混合和均化，從而可使送風溫差加大?？梢哉J為，在上述條件下，采用旋流送風口的下送上回形式是一種較為理想的氣流組織形式。,.,46,五、上送上回,這種氣流組織形式是將送風口和回風口疊在一起，布置在房間上部。對于那些因各種原因不能在房間下部布置回風口的場合是相當合適的。但應注意氣流短路的現(xiàn)象發(fā)生。如果氣流短路時，則tptn，bt1.0，經(jīng)濟性差。,.,47,第八章空調(diào)房間的氣流組織,概述送風口空氣射流回風口的空氣匯流送、回風口型式氣流組織的評價指標氣流組織形式氣流組織設計計算,.,48,一、側(cè)送側(cè)回,側(cè)向送風在整個房間內(nèi)形成一個大的回旋氣流，工作區(qū)處于回流區(qū)。為保證射流在進到工作區(qū)之前有足夠的射程進行衰減，工程中常設計成貼附射流.為此，送風口應盡量靠近頂棚布置，甚至以1520度仰角向上送風。為了使射流在整個射程中都能貼附于頂棚而不進入工作區(qū)，必須控制阿基米德數(shù)小于一定數(shù)值。側(cè)送空氣射流參數(shù)，按照受限貼附射流的計算公式進行計算。側(cè)送側(cè)回形式的氣流組織設計計算步驟如下:(一)選定送風口型式，確定紊流系數(shù)a:布置送風口位置，確定射程x。送風口型式及其紊流系數(shù)可查表8-2和表8-1。(二)選取送風溫差，計算送風量和換氣次數(shù)。送風溫差及換氣次數(shù)與室溫允許波動范圍有關，可查表2-12。(三)確定送風口的出流速度v0。,.,49,送風口的出流速度,送風口的出流速度是根據(jù)以下兩條原則確定的:1.應使回流平均速度vh，p小于工作區(qū)的允許流速。工作區(qū)允許速度根據(jù)工藝要求而定，在一般情況下可按0.25m/s考慮。2在空調(diào)房間內(nèi)，為防止風口的噪聲，限制送風速度在25m/s范圍內(nèi)?？紤]以上兩條原則，表8-4中給出了最大允許送風速度和建議送風速度以工作區(qū)允許流速為0.25m/s，則得最大允許送風速度為如果算出的v0=25m/s范圍內(nèi)，即認為可滿足設計要求。,(8-15),.,50,用試算法確定送風速度v0,射流自由度在計算的公式中又包含有未知數(shù)v0，因而只能用試算法來求v0，即(1)假設v0，由上式算出；(2)將算出的代入式(8-15)中，計算出v0；(3)若算得v0=25m/s，即認為可滿足設計要求，否則重新假設v0，重復上述步驟，直至滿足設計要求為止。,.,51,(四)確定送風口數(shù)目N,Dtx為射程x處的軸心溫差，一般應小于或等于空調(diào)精度。例如，空調(diào)精度為0.5時，取Dtx0.5；對于高精度恒溫工程，則取空調(diào)精度的0.40.8倍為宜。貼附射程取為x=A0.5m，A為房間長度，減去0.5m是考慮距墻0.5m范圍內(nèi)劃為非恒溫區(qū)。綜上所述，當給定房間尺寸，選定送風口型式，且知設計空調(diào)精度時，就可由圖6-16查出無因次距離，再代入式(8-17)中算出送風口數(shù)目。,.,52,(五)確定送風口尺寸,算得每個風口面積fL/(3600v0N)根據(jù)面積f，就可確定圓形風口的直徑或者矩形風口的長和寬了。(六)校核射流的貼附長度射流貼附長度是否等于或大于射程長度，關系到射流會否過早地進入工作區(qū)。因此需對貼附長度進行校核。若算出的貼附長度大于或等于射程長度，即認可滿足要求，否則須重新設計計算。射流貼附長度主要取決于阿基米德數(shù)Ar。阿基米德數(shù)Ar按照式(8-5)計算，式中的d0可按流量當量直徑計算。,.,53,(七)校核房間高度,為了保證工作區(qū)都能處于回流狀態(tài)，而不受射流的影響，需要有一定的射流混合層高度，因此，空調(diào)房間的最小高度H為，H=h+W+0.07x+0.3m式中:h空調(diào)區(qū)高度，一般取h=2m；W送風口底邊至頂棚距離；0.07x射流向下擴展的距離，取擴散角q=4，則tg4=0.07；0.3m為安全系數(shù)。如果房間高度大于或等于H，即認可滿足要求，否則要調(diào)整設計。,.,54,二、孔板送風的設計計算,當空調(diào)房間精度或潔凈度要求很高，迭風量很大，而房間高度又低于4m時，采用孔板送風是相當合適的?？装宸譃槿婵装搴途植靠装鍍煞N。在整個頂棚上全面布置穿孔板，稱為全面孔板；在頂棚上局部布置穿孔板，稱為局部孔板，不同孔板布置方式及其孔口出風參數(shù)，將會形成不同的氣流流型。全面孔板平行流型主要用于高潔凈度空調(diào)房間，不穩(wěn)定流型適用于工藝布置部分區(qū)域內(nèi)有較高精度或潔凈度要求的房間?？装逅惋L設計計算步驟如下：(一)確定孔板送風形式，即選用全面孔板或局部孔板。(二)計算送風量L孔板送風的特點是射流擴展較好，軸心溫差衰減較快。因此，對于一般精度要求的空調(diào)房間，孔板送風溫差取為610，對于區(qū)域溫差要才較嚴的空調(diào)房間，孔板送風溫差取為35；至于潔凈度要求很高的超凈房間，其送風量是按房間換氣次數(shù)或房間氣流斷面風速大小來確定的。,.,55,(三)確定孔口送風速度v0,孔板送風的作用原理是孔口出流，靠穩(wěn)壓層與室內(nèi)之間的靜壓差將空氣送出，穩(wěn)壓層內(nèi)空氣流速愈小，孔口出流方向受其影響也愈小，從而保證氣流為垂直下送。不過，穩(wěn)壓層內(nèi)靜壓過高的話，漏風量會增大，并且當出風速度超過7m/s時，會產(chǎn)生孔口噪聲，因此必須限制出風速度v0=25m/s。設定v0=25m/s，通常取孔徑d0=410mm，在20條件下空氣運動粘性系數(shù)n=15.710-6m2/s。則算得平均雷諾數(shù)為從而得到送風速度v0的另一種計算式,.,56,(四)計算開孔總面積Fk和凈孔面積比K,FkL/(3600v0a)式中，a是孔口流量系數(shù)，一般取a=0.740.82。凈孔面積比K定義為開孔總而積Fk與孔板總面積F之比，即KFk/F若孔板面積F=ab，孔口與孔口中心距離為l?？装蹇v向和橫向的開孔數(shù)分別為na和nb，na=a/l，nb=b/l孔板開孔總數(shù)n為:若孔徑為d0，則單孔面積為pd02/4,凈孔面積K可按需要開孔總面積與孔板總面積之比來求得，孔徑一般取為410mm，所以，很容易算出孔口之間距l(xiāng)。,.,57,(五)計算工作區(qū)最大風速vx,孔板垂直下送風的流程分為三個區(qū)段，即核心區(qū)段，過渡區(qū)段和紊流區(qū)段。根據(jù)射流沿流程動量不變原理，可以計算射程x處的中心速度，即最大速度。設定送風氣流在出口處和射程x處的風量及平均流速分別為L0，v0及Lx，vx并設空氣密度沿程不變，,.,58,(六)校核射流中心溫差Dtx,由于孔板送風的氣流速度衰減比較快，可以近似認為:,對于恒溫房間，應使Dtx，小于或等于所要求的恒溫精度。,.,59,(七)穩(wěn)壓層的設計計算,為保證孔板實現(xiàn)均勻送風，則需保證穩(wěn)壓層內(nèi)靜壓處處相等。實際上，空氣在流經(jīng)穩(wěn)壓層的過程中，一方面由于流動阻力使靜壓下降，另一方面，在穩(wěn)壓層內(nèi)由于流量沿程逐漸減少，從而使動壓逐漸減少和靜壓逐漸大?？傊?，穩(wěn)壓層內(nèi)的空氣靜壓是變化的。為保證均勻送風，通常限制穩(wěn)壓層內(nèi)的靜壓變化不超過10%，因此，在設計穩(wěn)壓層時，一方面要使空氣流程不要太長，另一方面面要限制穩(wěn)壓層內(nèi)水平流速v與孔口流速v0的比值為v/v00.25若為全孔板，則a=A，b=B，且b為氣流流程方向，穩(wěn)壓層凈高為h，則，通過穩(wěn)壓層的風量為：L=3600vahm3/h按空調(diào)房間面積計算的單位面積送風量為Ld=L/(AB)=3600vah/(as)m3/(hm2)h=sLd/(3600v)將v0.25v0代入，得到h0.0011sLd/v0式中，s是空氣在靜壓層內(nèi)有孔板部分的最大流程，m。為了便于施工安裝，穩(wěn)壓層凈高h一般不應小于0.2m。,.,60,三、噴口送風的設計計算,噴口送風(又稱集中送風)它通常是將送回風口布置在同一側(cè)，以較高的空氣速度