一种圆形散流装置

摘要

一种圆形散流装置，包括喉口，喉口一端同轴设有第一导流环片，第一导流环片为两端开口的空心圆台结构，第一导流环片自由端的直径大于喉口的直径；喉口一端同轴设有第二导流环片，第二导流环片为底面开口的空心圆锥结构，第二导流环片的顶端位于喉口一端截面的中心点，第二导流环片开口端的直径大于喉口的直径；第一导流环片自由端与第二导流环片开口端之间留有送风口；还包括设在第一导流环片和第二导流环片间的连接机构。通过对部件结构的合理设置，避免了传统散流器中两个边界层的能量耗散，同时对导流环片弧度的设置，整体减少气流旋涡的强度和作用范围，减少机械能向内能得转换，局部阻力系数降低至1.43，减阻率最高可达到50.3％。

权利要求

1.一种圆形散流装置，包括喉口(1)，所述喉口(1)为两端开口的空心圆柱体结构，其特征在于，喉口(1)一端同轴设有第一导流环片(2)，所述第一导流环片(2)为两端开口的空心圆台结构，第一导流环片(2)与喉口(1)的连接端的直径与喉口(1)的直径相同，第一导流环片(2)自由端的直径大于喉口(1)的直径；

喉口(1)一端同轴还设有第二导流环片(3)，所述第二导流环片(3)整体为底面开口的空心圆锥结构，第二导流环片(3)的顶端位于喉口(1)一端截面的中心点，第二导流环片(3)开口端的直径大于喉口(1)的直径；

第一导流环片(2)与第二导流环片(3)间的空间为空气导流空间，且第一导流环片(2)自由端与第二导流环片(3)开口端之间留有送风口(0)；

还包括设在第一导流环片(2)和第二导流环片(3)间的连接机构(4)，所述连接机构(4)上设有连通喉口(1)与送风口(0)间的通孔(4‑0)；

所述第一导流环片(2)轴截面的边的曲率半径为1D‑2D，第一导流环片(2)的高为

0.05D‑1D，第一导流环片(2)的长度为0.5D‑0.65D；

第二导流环片(3)轴截面的边的曲率半径为0.2D‑1D，第二导流环片(3)的高为0.1D‑

1D，第二导流环片(3)的长度为0.9D‑1.1D；

其中，D为喉口(1)的直径,第一导流环片(2)的长度是指第一导流环片(2)轴截面任一条边的两端点的连线，第二导流环片(3)的长度是指第二导流环片(3)的顶端到其轴截面任一条边的底端的连线。

2.如权利要求1所述的圆形散流装置，其特征在于，所述第一导流环片(2)轴截面的边的曲率半径为1.667D，第一导流环片(2)的高为0.3D，第一导流环片(2)的长度为0.58D；

第二导流环片(3)轴截面的边的曲率半径为0.667D，第二导流环片(3)的高为0.45D，第二导流环片(3)的长度为1D。

3.如权利要求1或2任一所述的圆形散流装置，其特征在于，所述喉口(1)的直径D为

150mm‑500mm。

4.如权利要求3所述的圆形散流装置，其特征在于，所述喉口(1)的直径D为150mm。

5.如权利要求4所述的圆形散流装置，其特征在于，所述喉口(1)内的送风风速为2m/s—7m/s。

6.如权利要求5所述的圆形散流装置，其特征在于，所述喉口(1)内的送风风速为4m/s。

7.如权利要求1所述的圆形散流装置，其特征在于，所述连接机构(4)包括至少两个设在第一导流环片(2)和第二导流环片(3)间的连杆，各连杆间留有通孔(4‑0)。

8.如权利要求7所述的圆形散流装置，其特征在于，所述连接机构(4)包括四个连杆，各连杆径向且均匀设在第一导流环片(2)和第二导流环片(3)间。

9.如权利要求8所述的圆形散流装置，其特征在于，所述连杆的直径为10mm。

说明书

一种圆形散流装置

技术领域

[0001] 本发明属于通风管道局部构件降阻技术领域，具体涉及一种圆形散流装置。

背景技术

[0002] 随着科学技术以及经济的发展，人们对生活水平的要求越来越高，因此通风空调系统已经成为建筑物不可或缺的一部分，其能源消耗也大幅度增加。通风空调系统的能耗是建筑能耗中主要能耗之一，大约占了建筑能耗的65％，并且随着建筑智能化的发展仍有升高的趋势，其中因阻力造成的风机能耗可占建筑总能耗的30％到50％，如何减少通风系统阻力，从而最终降低风机能耗是现阶段亟待解决的技术难题。

[0003] 目前，对三通、弯头、变径等管道局部构件减阻方面多有研究，对圆形散流器风口这类局部构件的关注较少，仅有的研究也只是集中在风口的阻力特性，而对圆形散流器风口及其射程问题研究基本空白。但是圆形散流器是通风空调管道系统中的常见局部阻力构件，也是局部阻力的一大组成部分，对其阻力问题的研究刻不容缓。

发明内容

[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种圆形散流装置，通过对部件结构的合理设置，将传统散流器的至少四个导流环片减少到两个导流环片，避免了传统散流器中两个边界层的能量耗散，同时对第一导流环片和第二导流环弧度的设置，整体减少气流旋涡的强度和作用范围，减少机械能向内能得转换，湍流耗散率明显降低，局部阻力系数降低至1.43，减阻率最高可达到50.3％。

[0005] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括：

[0006] 一种圆形散流装置，包括喉口，喉口为两端开口的空心圆柱体结构，其特征在于，喉口一端同轴设有第一导流环片，第一导流环片为两端开口的空心圆台结构，第一导流环片与喉口的连接端的直径与喉口的直径相同，第一导流环片自由端的直径大于喉口的直径；喉口一端同轴还设有第二导流环片，第二导流环片整体为底面开口的空心圆锥结构，第二导流环片的顶端位于喉口一端截面的中心点，第二导流环片开口端的直径大于喉口的直径；第一导流环片与第二导流环片间的空间为空气导流空间，且第一导流环片自由端与第二导流环片开口端之间留有送风口；还包括设在第一导流环片和第二导流环片间的连接机构，连接机构上设有连通喉口与送风口间的通孔。

[0007] 优选的，第一导流环片轴截面的边的曲率半径为1D‑2D，第一导流环片的高为0.05D‑1D，第一导流环片的长度为0.5D‑0.65D；第二导流环片轴截面的边的曲率半径为
0.2D‑1D，第二导流环片的高为0.1D‑1D，第二导流环片的长度为0.9D‑1.1D；其中，D为喉口的直径,第一导流环片的长度是指第一导流环片轴截面任一条边的两端点的连线，第二导流环片的长度是指第二导流环片的顶端到其轴截面任一条边的底端的连线。

[0008] 优选的，第一导流环片轴截面的边的曲率半径为1.667D，第一导流环片的高为0.3D，第一导流环片的长度为0.58D；第二导流环片轴截面的边的曲率半径为0.667D，第二导流环片的高为0.45D，第二导流环片的长度为1D。

[0009] 优选的，喉口的直径D为150mm‑500mm；

[0010] 优选的，喉口的直径D为150mm。

[0011] 优选的，喉口内的送风风速为2m/s—7m/s。

[0012] 优选的，喉口内的送风风速为4m/s。

[0013] 优选的，连接机构包括至少两个设在第一导流环片和第二导流环片间的连杆，各连杆间留有通孔。

[0014] 优选的，连接机构包括四个连杆，各连杆径向且均匀设在第一导流环片和第二导流环片间。

[0015] 优选的，连杆的直径为10mm。

[0016] 与现有技术相比，本发明的优点为：

[0017] (1)本发明的圆形散流装置，通过对部件结构的合理设置，将传统散流器的至少四个导流环片减少到两个导流环片，避免了传统散流器中两个边界层的能量耗散，减少气流旋涡的强度和作用范围，减少机械能向内能得转换，湍流耗散率明显降低，局部阻力系数降低至1.96，减阻率达到20.64％。

[0018] (2)本发明的圆形散流装置，通过对部件结构的合理设置，对第一导流环片和第二导流环弧度的设置，整体减少气流旋涡的强度和作用范围，减少机械能向内能得转换，湍流耗散率明显降低，局部阻力系数降低至1.43，减阻率最高可达到50.3％。

[0019] (3)本发明的圆形散流装置，通过对部件结构的合理设置，在不同风速(2m/s到7m/s)下的圆形散流装置相对于传统散流器的减阻和增加射流长度程度十分明显，局部减阻率范围为45.5％‑50.3％，增加射流长度6.3％‑7.6％。

附图说明

[0020] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0021] 图1为本发明的圆形散流装置的结构示意图；

[0022] 图2为图1中圆形散流装置的俯视图；

[0023] 图3为全尺寸实验安装示意图(其中，图3a为实验模型的安装连接示意图，图3b为图3a中阻力测量点的示意图，图3c为图3a中射程测量点的示意图)；

[0024] 图4为对比例的阻力试验对比示意图；

[0025] 图5为对比例的能效系数试验对比示意图；

[0026] 图6为对比例的射流长度试验对比示意图；

[0027] 图7对比例的粘性耗散试验对比示意图；

[0028] 图8对比例中传统散流器的结构示意图。

[0029] 图中各标号表示为：

[0030] 1喉口；2第一导流环片；3第二导流环片；4连接机构；

具体实施方式

[0031] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”对应于竖直方向或高度方向，但上述方位词仅用于解释和说明本公开，并不用于限制。

[0032] 一种圆形散流装置，包括喉口1，喉口1为两端开口的空心圆柱体结构，喉口1一端同轴设有第一导流环片2，第一导流环片2为两端开口的空心圆台结构，第一导流环片2与喉口1的连接端的直径与喉口1的直径相同，第一导流环片2自由端的直径大于喉口1的直径；

[0033] 喉口1一端同轴还设有第二导流环片3，第二导流环片3整体为底面开口的空心圆锥结构，第二导流环片3的顶端位于喉口1一端截面的中心点，第二导流环片3开口端的直径大于喉口1的直径；

[0034] 第一导流环片2与第二导流环片3间的空间为空气导流空间，且第一导流环片2自由端与第二导流环片开口端之间留有送风口0；

[0035] 其作用为：由喉口1另一端(如图1中的喉口1上端)向其内腔送风，喉口1另一端即为进风口，经喉口1一端(如图1中的喉口1下端)后进入第一导流环片2和第二导流环片3间的空间进行散流，最后送风口0送风；整体结构将传统散流器的至少四个导流环片减少到两个导流环片，避免了传统散流器中两个边界层的能量耗散，减少气流旋涡的强度和作用范围，减少机械能向内能得转换，湍流耗散率明显降低，局部阻力系数降低至1.96，减阻率达到20.64％；

[0036] 还包括设在第一导流环片2和第二导流环片3间的连接机构4，连接机构4上设有连通喉口1与送风口0间的通孔4‑0；

[0037] 其作用为：连接机构4用于连接第一导流环片2和第二导流环片3并保证第一导流环片2和第二导流环片3间相对位置的固定，通孔4‑0用于连通喉口1与送风口0间的空间。

[0038] 具体的，第一导流环片2轴截面的边的曲率半径为1D‑2D，第一导流环片2的高为0.05D‑1D，第一导流环片2的长度为0.5D‑0.65D；第二导流环片3轴截面的边的曲率半径为
0.2D‑1D，第二导流环片3的高为0.1D‑1D，第二导流环片3的长度为0.9D‑1.1D；其中，D为喉口1的直径，第一导流环片2的长度是指第一导流环片2轴截面任一条边的两端点的连线，第二导流环片3的长度是指第二导流环片3的顶端到其轴截面任一条边的底端的连线；

[0039] 其作用为：通过对第一导流环片2和第二导流环片3弧度的设置，整体减少气流旋涡的强度和作用范围，减少机械能向内能得转换，湍流耗散率明显降低，局部阻力系数降低至1.43，减阻率最高可达到50.3％。

[0040] 优选的，第一导流环片2轴截面的边的曲率半径为1.667D，第一导流环片2的高为0.3D，第一导流环片2的长度为0.58D；第二导流环片3轴截面的边的曲率半径为0.667D，第二导流环片3的高为0.45D，第二导流环片3的长度为1D。

[0041] 具体的，喉口1的直径D为150‑500mm；

[0042] 优选的，喉口1的直径D为150mm。

[0043] 具体的，喉口1内的送风风速为2m/s—7m/s；

[0044] 其作用为：在不同风速(2m/s到7m/s)下本实施例的圆形散流装置相对于传统散流器的减阻和增加射流长度程度十分明显，局部减阻率范围为45.5％‑50.3％，增加射流长度6.3％‑7.6％。

[0045] 优选的，喉口1内的送风风速为4m/s。

[0046] 具体的，连接机构4包括至少两个设在第一导流环片2和第二导流环片3间的连杆，各连杆间留有通孔4‑0；

[0047] 其作用为：两个连杆将第一导流环片2和第二导流环片3稳定的连接。

[0048] 具体的，连接机构4包括4个连杆，各连杆径向且均匀设在第一导流环片2和第二导流环片3间。

[0049] 实施例1

[0050] 本实施例提出的一种圆形散流装置，如图1和图2所示，具体包括喉口1，喉口1为两端开口的空心圆柱体结构，喉口1一端同轴设有第一导流环片2，第一导流环片2为两端开口的空心圆台结构，第一导流环片2与喉口1的连接端的直径与喉口1的直径相同，第一导流环片2自由端的直径大于喉口1的直径；喉口1一端同轴还设有第二导流环片3，第二导流环片3整体为底面开口的空心圆锥结构，第二导流环片3的顶端位于喉口1一端截面的中心点，第二导流环片3开口端的直径大于喉口1的直径；第一导流环片2与第二导流环片3间的空间为空气导流空间，且第一导流环片2自由端与第二导流环片开口端之间留有送风口0。第一导流环片2和第二导流环片3间通过四个直径为10mm的连杆连接，各连杆沿第一导流环片2径向且均匀分布第一导流环片2和第二导流环片3间。

[0051] 本实施例喉口1的直径D为150mm，喉口1送风风速为4m/s；第一导流环片2轴截面的边的曲率半径为1.667D，第一导流环片2的高为0.3D，第一导流环片2的长度为0.58D；第二导流环片3轴截面的边的曲率半径为0.667D，第二导流环片3的高为0.45D，第二导流环片3的长度为1D。

[0052] 对比例

[0053] 本对比例选用传统散流器，传统散流器为《风口选用与安装图集10K121》中的圆形散流器，如图8所示，包括直径为150mm的对比喉口01，还包括同轴设在对比喉口01下端的四个导流片，其中，第一导流环片02、第二导流环片03和第三导流环片04均为两端开口的空心圆台结构，第四导流环片05为下端开口的空心圆台结构；

[0054] 其中，第一导流环片02的长度l1为90mm，高为38mm，斜率为0.61；第二导流环片03、第三导流环片04和第四导流环片05的长度l2、l3和l4均为31mm，高均为9mm，斜率均为1.17，第四导流环片05上底面的直径d为20mm。

[0055] (1)将传统散流器与实施例1的圆形散流装置进行全尺寸试验。

[0056] 实验模型的安装连接按照规范进行，实验模型包括风机、软接头、风管、静压箱、整流栅、散流器、法兰等组成。风管材料为镀锌铁皮，风机选择11‑62型多翼低噪声离心风机，3
最大流量5600m/h并配备风机调速器；风机出口处安装有静压箱及均流孔板，便于气流为充分发展状态。实验台及实验模型如图3a所示。

[0057] 实验通过风机调速器到达指定的流量，进而计算出实际风速，风机运行一段时间稳定后进行阻力(压力)及射程(速度)的测试。

[0058] (1.1)将传统散流器与实施例1的圆形散流装置进行阻力测试试验的对比[0059] 本实验选取的阻力测量面应设在距离喉口1送风口(即为图1中的喉口1上端)上游断面225mm处作为送风口的全压测试断面A，测试压力值为Pq；在阻力测量面选定5个阻力测量点(如图3a和图3b，包括A1、A2、A3、A4和A5)，本实验采用E0‑200pa智能数字微压计测试压力，其测量范围为0‑200Pa，测量精度为±3％，分辨率为0.01Pa。测量时每个阻力测量点都测量7次，并排除最大值和最小值，再求出每个阻力测量点的第一次平均值。再平均测量断面的5个阻力测量点数据，获得第二次平均值，该平均值则为该断面的测量值。

[0060] 阻力测量点压力标准误差如下：

[0061]

[0062] 其中，σp表示压力的标准误差，F表示压力误差＝压力测量值‑压力平均值；n为各阻力测量点；Fi是第i个阻力测量点的测试压力，Pa。

[0063] 各阻力测量点的试验验证数据参见表1。

[0064] 表1各阻力测量点的实验验证数据

[0065]

[0066] 如图4，结果表明，阻力各测点的实验值和模拟值吻合较好，实施例1圆形散流装置的阻力与传统散流器相比，在4m/s的风速下局部阻力减少46.3％，证明了实施例1的圆形散流装置在实验环境下减阻的效果良好。

[0067] (1.2)将传统散流器与实施例1的圆形散流装置进行射程测试试验的对比[0068] 本实验选取的射程测量面以送风口中心为坐标原点，送风气流水平流动方向为x轴，垂直流动方向为y轴，沿x轴方向左右分别选取9个射程测量点(如图3a和图3c，包括B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8和B9)，每隔0.25m一个射程测量点，第一个射程测量点距离风口中心0.5m，本实验采用TSI风速仪测试风速，其测量范围为0‑50m/s，测量精度为±3％，分辨率为0.01m/s。测量时每个射程测量点都测量7次，并排除最大值和最小值，求出每个射程测量点的平均值。

[0069] 射程测量点速度标准误差如下：

[0070]

[0071] 其中，σv表示速度的标准误差，E表示速度误差＝速度测量值‑速度平均值；m为各射程测试点；Ej表示第j个测试点的测试速度，m/s；

[0072] 各射程测量点的试验验证数据参见表2。

[0073] 表2速度各个测量点实验验证数据

[0074]

[0075] 结果表明，风速各测点的实验值和模拟值吻合较好，实施例1圆形散流装置的阻力与传统散流器相比，实施例1圆形散流装置的射程在4m/s的风速下增加了6.8％，证明了圆形散流装置在实验环境下增加射程的效果良好。

[0076] (2)将传统散流器与实施例1的圆形散流装置进行效能系数的试验对比[0077] 实验时将单个散流器设置在房间的平顶中央，气流水平吹出、不受阻挡，房间呈方形或者接近方形。具体通过式(1)计算散流装置的效能系数(ADEI，Air  Diffuser Effective Index)，并通过效能系数(ADEI)评价散流器性能的优劣。

[0078]

[0079] 其中：

[0080] ρ表示空气密度参数，本实验状况下的空气密度为1.26kg/m3；

[0081] F0表示散流装置的喉口横截面面积，为0.0176m2；

[0082] x0表示散流装置第一导流环片下端口圆的半径，为0.155m；

[0083] vx表示散流装置射流的边界风速，取值0.5m/s(《空气分布器性能试验方法(JG/T 20‑1999)》公开了风速为0.5m/s时的射程距离为最大射程距离)

[0084] x表示边界风速vx的射程距离，m；

[0085] ΔP为上述(1.1)阻力测试试验中全压测试断面A的5个阻力测量点的平均实验值(Pa)。

[0086] 表3不同喉口送风风速下散流装置的ADEI实验验证数据

[0087]

[0088] 如图5所示，结果表明实施例1圆形散流装置的效能系数(ADEI)在2‑7m/s的风速下相比传统散流器减少56.3‑59.2％，证明了实施例1的圆形散流装置有很好的减阻和增效的效果。

[0089] (3)将传统散流器与实施例1的圆形散流装置进行射流长度的试验对比[0090] 如图6所示，传统散流器在射流过程中会经历三个过程：自由射流段、发展段和贴附射流段，其中在自由射流段会出现低压涡流区，影响气流的贴附扩散；如图6所示，而实施例1的散流装置在降低阻力的同时优化了射流过程，使得优化后射流没有自由射流段，消除了低压涡流区对射流的影响，从而降低了散流器效能系数。

[0091] 其中，当喉口1送风风速为4m/s，传统散流器的能效系数为1.28，实施例1圆形散流装置的能效系数为0.53，两者相互对比的结果为实施例1圆形散流装置效能系数降低58.6％。

[0092] (4)将传统散流器与实施例1的圆形散流装置进行粘性耗散方面的试验对比[0093] 散流器风口的局部阻力与粘性耗散有关，实质为由于流体变形使机械能转换为内能的过程，使得出口处的机械能变小，只要减少或者消除机械能的转换就可以达到减阻的目的。

[0094] 如图7所示，传统散流器中间两导叶处及中间导叶顶部存在着显著的粘性耗散，同时对比实施例1圆形散流装置，由于实施例1的散流装置没有中间导叶且中间导叶顶部面积减小使原来的粘性耗散降低；同时发现第二导流环片3的形式改变增加新的边界层，使粘性耗散会增大，消除低压涡流区，增加了散流装置的射流长度，使散流器效能系数降低。

[0095] 其中，当喉口1送风风速为4m/s，传统散流器的能效系数为1.28，实施例1圆形散流装置的能效系数为0.53，两者相互对比的结果为实施例1的散流装置效能系数降低58.6％。

[0096] 以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

[0097] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

[0098] 此外，本发公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所发明的内容。