空调房间气流组织课件.ppt

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1、被调对象,冷负荷,系统形式空气处理设备类型,气流组织,风道设计,得热量,选择,第五章 空调房间气流组织,回顾：,概述,经过处理的空气送入被调节的区域（房间或空间），在与周围空气进行热质交换的同时，应使受控区域内的温度、湿度、清洁度和空气流动速处于合理的数值范围内，并以不同的方式从被调节对象排出等量的空气，保持空气量平衡。为了使送入的空气合理分布，有效的控制既定区域内的空气流动，就需要了解并掌握空间的空气分布规律，不同的空气分布方式和设计方法。,空调房间内的空气分布与送风口的型式、数量和位置，排（回）风口的位置，送风参数（送风温差t0，送风口速度u0），风口尺寸，空间的几何尺寸及污染的位置和性质

2、等有关，由于影响空气分布的因素较多，加上实际工程中具体条件的多样性，采用只靠理论计算确定室内空气分布状况是不够的，一般要籍助于现场调试，以期达到预期的效果。,概述,概述,概述,概述：不同的空气流动状况有着不同的空调效果。,任务：合理的组织室内空气的流动，使室内空气的温度、湿度能更好的满足工艺要求和符合人们的舒适感觉。,意义：气流组织直接影响室内空调效果，是关系着房间工作区的温湿度基数、空调精度及区域温差、工作区的气流速度、清洁程度和人体的舒适感觉的重要因素，是空气调节的一个重要环节。,影响气流组织的因素,送风口位置及型式回风口位置及型式,房间几何形状室内的各种扰动,送风对流参数：送风温差t0送

3、风口直径d0送风速度v0,影响最重要的因素,5-1 送风口空气射流,由送风口射出的空气射流，对室内气流组织的影响最大。,送风口空气射流的流动规律,等温自由射流,温差、边界条件等,一、等温自由紊流射流,1、射流定义及分类,射流：空气经喷嘴向周围气体的外射流动。,分类：,*自由射流分为三段:极点,起始段,主体段。*在射流理论中，将射流轴心速度保持不变 的一段称为起始段，其后称为主体段。空调中常用的射流段为主体段。*由直径为的喷口以出流速度射入同温空间介质内扩散，在不受周界表面限制的条件下，则形成如图5-1所示的等温自由射流。空调中常用的射流段为主体段。,2、过程分析及计算,（1）射流的发展,2、过

4、程分析及计算,（1）射流的发展,2、过程分析及计算,（2）射流主体段轴心速度的衰减,说明：X-射流断面至喷嘴间的距离X0-射流断面至极点间的距离a-送风口的紊流系数，直接影响射流的发展快慢，取决于风口的形式,表51 不同风口的a值,2、过程分析及计算,（3）分析,*a值大，横向脉动越大，射流的扩散角越大，射程就越短*风口形式一定，a=const,ux随x增大而减小，随d0或u0的增大而增大*若要增大射程x，应提高u0、d0，减小a*若要使射流扩散角增大，可以选a值较大的送风口,二、非等温自由射流,定义：射流出口温度与房间温度不相等,分类：冷射流（送风温度低于室内温度）热射流（送风温度高于室内温

5、度）,1.轴心温差计算公式,式子5-7,二、非等温自由射流,1.轴心温差计算公式,对公式5-7的说明：,T0射流出口温度Tx距风口x处射流轴心温度Tn周围空气温度m1=1.13mn1=0.73m1,温度衰减的系数,二、非等温自由射流,2.阿基米德数,二、非等温自由射流,2.阿基米德数,射流轴心轨迹的计算公式：,二、非等温自由射流,2.阿基米德数,射流轴心轨迹的影响因素分析：,*Ar是决定射流弯曲程度的主要因素，Ar值大 则随射程x 的变化的y值的变化也大。当Ar=0时，为等温射流；Ar0.001时非等温射流计算*Ar表征浮升力与惯性力之比，随送风温差（T0-Tn）的提高而增大，随射流出口速度u

6、0 的增加而减小。,三、受限射流,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。,（一）、非等温贴附冷射流的计算（图5-3）,1、射流轴心速度,贴附射流轴心速度的衰减比自由射流慢,（一）、非等温贴附冷射流的计算,2、贴附长度xl,集中式射流,扁形射流,除贴附射流外，空调空间四周的围护结构可能对射流扩散构成限制。在有限空间内射流受限后的运动规律不同于自由射流。在有限空间内贴附与非贴附两种受限射流的运动状况。由图5-4可见，当喷口处于空间高度的一半时（h0.5H），则形成完整的对称流，射流区呈橄榄形，回流在射流区的四周

7、。,（二）、受限射流的几何形状（图5-4）,（二）、受限射流的几何形状（图5-4）,三平行射流的叠加,两个相同的射流平行地在同一高度射出，当两射流边界相交后，则产生互相叠加，形成重合流动。总射流的轴心速度逐渐增大，直至最大，然后再逐渐衰减直至趋于零。对于单股射流的速度分布可用正态分布来描述。,三平行射流的叠加,5-2 回风口空气流动规律,排（回）风口的气流流动近似于流体力学中所述的汇流。汇流规律性是在距汇点不同距离的各等速球面上流量相等，因而随着离开汇点距离的增大，流速呈二次方衰减，或者说在汇流作用范围内，任意两点间的流速与距汇点的距离平方成反比。参看图5-6,回风口空气流动规律（图5-6）,

8、5-3 送回风口型式,送风口的型式及其紊流系数的大小，对射流的发展及流型的形成都有直接的影响。因此，在设计气流组织时，根据空调精度、气流型式、送风口安装位置以及建筑装修的艺术配合等方面的要求选择不同的送风口。各种送风口参看表 5-2。,一、送风口的种类,A、按送出气流型式可分为四种类型：1、辐射型：送出气流呈辐射状向四周扩散，如散流器。2、轴向送风口：气流沿送风口轴线方向送出。3、线形送风口：气流从狭长的线状风口送出。4、面形送风口：气流从大面积的平面上均匀送出。,B、送风口的型式及特点,侧送风口,散流器,孔板送风口,喷射式送风口,旋流送风口,一、送风口的种类,（一）侧送风口,侧送风口 在房间

9、内横向送出气流的风口叫侧送风口。这类风口中用得最多的是百叶风口，其百叶活动可调，仅能调风量也能调方向。为了满足不同的调节性能要求，可将百叶做成多层，每层有各自的调节功能。除百叶送风口外，还有格栅送风口和条缝送风口。这两种风口可与建筑装饰很好的配合。,各种送风口型式,各种送风口型式,各种送风口型式,（二）散流器,散流器是 安装在顶棚上的送风口。自上而下的送出气流。有盘式散流器，气流呈辐射状送出，且为贴附射流；有片式散流器，设有多层可跳散流片，使送风呈辐射状，或呈锥形扩散。还有流线型、送吸式散流器。另外还有一种方型或矩形散流器，散流片的倾斜方向不同，各向散流片所占散流器的比例不同，可以根据需要安排

10、气流的方向及分配。各向送风量的比例以适应各种建筑平面形状及散流器的位置的要求。,散流器图示,散流器图示,散流器图示,（三）孔板送风口,（三）孔板送风口 空气经过开有若干小孔的孔板而进入房间-孔板送风口。它的最大特点是送风均匀，气流速度衰减快，因此最适用于要求工作区气流均匀，区域温差较小的房间。如高精度恒温室和平行流洁净室。孔板可用胶合板、硬性塑料板或铝板等材料制作。,（四）喷射式送风口,（四）喷射式送风口 喷射式送风口是一个渐缩圆锥形矩管。它的渐缩角很小，风口无叶片阻挡，噪声低，紊流系数小，射程长，因此适用于大空间公共建筑，如体育馆、电影院以及大的生产车间等场合。,（五）旋流送风口,（五）旋流

11、送风口-图5-7 由出口格栅、集尘箱和漩流叶片组成。空调送风经旋流叶片切向进入集尘箱，形成旋转气流由格栅送出。送风气流与室内空气混合好，速度衰减快，适用于电子计算机房的地面送风。,二、回风口,由于回风口的汇流场对房间气流组织影响比较小，因此它的形式也比较简单，有的只在孔口加一金属网格，也有装百叶的，通常要与建筑装饰相配合。回风口的形状和位置根据气流组织要求而定，若设在房间下部时，为避免灰尘和杂物被吸入，风口下缘离地面至少为0.15m。另外，回风口要求应有调节风量的装置。,各种回风口型式,各种回风口型式,5-4 气流组织形式,侧送侧回,上送下回,中送上下回,下送上回,上送上回,按照送、回风口布置

12、位置和型式的不同,1.侧送侧回,侧送风口布置在房间的侧墙上部，空气横向送出，气流基本吹到对面墙上后转折下落，以较低速度流过工作区，再由布置在侧墙下部的回风口排出。根据房间跨度大小，可以布置成单侧送、单侧回，和双侧送、双侧回。,工作区处于回流区，故而排风温度等于室内工作区温度。,侧送侧回的室内气流分布(a),侧送侧回的室内气流分布(b),侧送侧回的室内气流分布(C),侧送侧回的室内气流分布（d）,2.上送下回,孔板送风和散流器送风是常见的上送下回形式。,*孔板送风和密布散流器送风，可以形成平行流流型，涡流少，断面速度场均匀的气流。对于温湿度要求精度高的房间，特别是洁净度要求很高的房间，是理想的气

13、流组织型式。,特 点,*这种形式的排风温度也接近室内工作区平均 温度。,上送下回的室内气流分布(a),上送下回的室内气流分布(b),上送下回的室内气流分布(c),3.中送下、上回,对高大房间来说，送风量往往很大，房间上部和下部的温差也比较大，采用中部送风，下部和上部同时排风，形成两个气流区，保证下部工作区达到空调设计要求，而上部气流区负担排走非空调区的余热量。,下部气流区的气流组织就是侧送侧回。,中送下、上回(a),中送下、上回(b),4.下送上回,适用场合,对于室内余热量大，特别是热源又靠近顶棚的场合，采用这种气流组织形式是非常合适的。,特点,由于下送上回时的排风温度大于工作区温度，故而室内

14、平均温度较高，经济性好。但是，下部送风温差不能太大。,下送上回（a）（b）,下送上回(c),下送上回（d）,下送上回(e),5.上送上回,这种气流组织形式是将送风口和回风口叠在一起，布置在房间上部。,适用场合,对于那些因各种原因不能在房间下部布置风口的场合是相当合适的。,注意,防止气流短路现象的发生。,上送上回,5、上送上回,5-5 气流组织的评价指标,一、技术指标,1、速度不均匀系数-kv,kv=v/vp,v=(vp-v)2/n)1/2,v 各测点温度的均方根偏差vp=v/n速度平均值,一、技术指标,2、有效温度差,=（t-tn）-m(v-vr),tn：给定的室温vr：停滞区的流速t、v:测

15、点的参数m:与单位风速效用相当的温度值一般在-1.72+1.1之间,二、经济指标,t=（tp-t0）/(tn-t0),tp：排风温度t0：送风温度tn:工作区设计温度,tp tn：热源 t1.0 经济tp=tn：t=1.0 tp tn：t1.0:相当于气流短路,投入能量利用系数,5-6 气流组织的设计,气流组织设计指标的三项基本任务,设计合适的气流流型,确定送回风口型式、尺寸及布置,计算送风射流参数，使工作区的风速和温差满足设计要求,对于工作区的温湿度、清洁度的要求，一般依据舒适性空调或工艺性空调提出的参数确定。对于工作区的流速我国现行的“采暖通风与空气调节设计规范”GBJ1987规定：舒适性

16、空气调节室内冬季风速不应大于0.2m/s；夏季不大于0.3m/s，工艺性空气调节工作区风速宜采用0.20.5m/s。送风口的出风速度，一般的取值范围为25m/s；回风口的速度一般限制在4m/s以下。,7-6 气流组织的设计,房间气流分布的计算主要有两种:一、一般气流分布的计算方法二孔板送风的计算方法,5-6 气流组织的设计,空间气流分布的计算不象等温自由射流计算那么简单，需要考虑射流的受限、重合及非等温的影响因素。现分别说明之。,一、一般气流分布的计算方法,5-6 气流组织的设计,（一）考虑射流受限的修正系数,K1 图513中各曲线是对不同射流类型考虑受限的修正系数。图的横坐标对于非贴附射流；

17、对于贴附射流；对于扁射流（H为房高）；对于下送散流器；对于径向贴附散流器（l为横向射流间距，F0为送风接管面积，见图512所示）。,一、一般气流分布的计算方法,（二）考虑射流重合的修正系数,K2 考虑射流重合对轴心速度的影响,可用式5-19（p156)。为方便起见，也可用图514所示的修正曲线求出。图中的横坐标有二，一是用于普通的集中射流，一是用于扇形射流,一、一般气流分布的计算方法,非等温射流受到重力（冷射流）或浮力（热射流）的作用，其轴心速度的衰减不同于等温射流。本章第一节已提出水平或水平线成某一夹角的非等温自由射流的轴心轨迹的计算，而在射流由上而下，或与垂直线成小于30夹角射出时，均须对

18、速度衰减进行修正。,一、一般气流分布的计算方法,(三）考虑非等温影响的修正系数,K3,一、一般气流分布的计算方法,对垂直射流的修正式为：,（521）,气体膨胀系数，,一、一般气流分布的计算方法,为简化计算，非等温修正系数K3可按下列各式计算：,集中射流,扇形射流,扁射流,K3各式中的z值，可按page154中式（511）或（512）计算。同时，对比式（521）中的修正项，可以看出z的意义。K3也可由图5-15查得，图的上部用于冷射流，下部用于热射流。,一、一般气流分布的计算方法,一、一般气流分布的计算方法,考虑上述各项修正后的射流计算式为：,一、一般气流分布的计算方法,【例51】某空调房间要求

19、恒温，房间尺寸为（长 宽 高）（m），室内显热冷负荷，试作上送下回（单侧）气流分布计算。,1.选用可调的双层百叶风口，其m1=3.4,n1=2.4，风口尺寸定为（m），有效面积系数为0.8，。2.设定如图516所示的水平贴附射流，射流长度 取工作区高度2m，风口中心距顶棚0.1m,离墙0.5m为不保证区）,一、一般气流分布的计算方法（例51）,3.试选用两个风口，其间距为1.8m相当于将房间分为两个相等的空间。对于每股射流而言，,一、一般气流分布的计算方法（例51）,4.利用各修正系数图求，K1，K2，K3。按，查图得K1 0.88，即射流受限。按l/x1.8/6.1=0.3，可查得，K2 1

20、，即不考虑射流重合的影响。由于不属垂直射流，因此不考虑。,一、一般气流分布的计算方法（例51）,一、一般气流分布的计算方法（例51）,5.按式（522）计算射流轴心速度衰减：,由于本例的工作区处于射流的回流区，射流到达计算断面x处的风速ux可以比回流区高，一般可取规定风速的两倍，即（uh为回流区风速，或按规范规定的风速）。现取，则。,6.计算送风量与送风温差：已知，两个风口的送风量L，则为：因此得出送风温差为:此时换气次数。据第二章推荐的送风温差和换气次数，上例计算结果均满足要求。,一、一般气流分布的计算方法（例51）,7.检查：0.093 所以,一、一般气流分布的计算方法（例51）,由以上气

21、流分布的计算例可见，正确地选择计算式并考虑必要的修正，经过反复调整风口型式，几何尺寸和有关设计系数，必要时改变气流分布方式使预定的工作区参数满足要求，是气流分布计算的一般方法。,一、一般气流分布的计算方法（例51）,孔板送风在工业空调中（如恒温室、洁净室及某些试验环境等）应用较多，其特点是在直接控制的区域内，能够形成比较均匀的速度场和温度（浓度）场。孔板的基本特征可用开孔率（或有效面积系数）k来表示，即,二孔板送风的计算方法,f0为孔口总面积f1为孔板面积,二孔板送风的计算方法,对于正方形的孔板，开孔率为:,（527）,d0为孔口直径，l为孔间距,对孔板出流的等温射流的研究表明，由各小孔出流的

22、射流在汇合为总流前存在一个汇合段，该段长度x0可由下式决定：x05l(5-26)在汇合段后，则与自由射流相似，存在一中心速度保持不变的起始段。如孔板为矩形或方形，则起始段长度为 xl=4b式中 b矩形孔板的宽度或方形孔板的边长，如孔板为圆形，则b=0.89D（D为圆形孔板的直径）。,二孔板送风的计算方法,孔板送风有两种方式：一为局部孔板送风（指，F为顶棚面积）；一为全面（满布）孔板送风（）。局部孔板的射流计算与前面方法类似。若计算断面处于射流的起始段，则其中心速度的衰减可按下式计算：,二孔板送风的计算方法,二孔板送风的计算方法,（530）,Ux1起始段内的中心速度U0空口出流速度k开孔率孔口流

23、量系数,由管道式孔板直接送出时=0.5，静压室送出时，若孔板厚度0.5d0,则=0.75，若d0，=1.0,温度衰减相应地按下式计算：（517）,二孔板送风的计算方法,tx1起始段内中心温度与周围空气温度之差t0孔口送风温度与周围空气温度之差,二孔板送风的计算方法,注意：1、中心温度和中心速度的衰减都是指在回合段内发生的；2、K1、K2、K3的修正则是对局部孔板的总流来考虑的,K1查图5-20，图中f1为孔板面积，F为相应于一块孔板所占据的顶棚面积，b为长条形孔板宽度，B1为长条形孔板所占据的顶棚宽度（参看图5-23）K2查图5-14,二孔板送风的计算方法,对于圆形和方形孔板,对于长条形孔板,

24、K3查图5-21，图中A的计算如下：,当射流长度x(Hn-h)4b时，则计算断面处于主体段，此时速度与温度的衰减式则为：长条型孔板：圆、方形孔板：,二孔板送风的计算方法,全面孔板的气流分布计算主要考虑在汇合段所发生的汇流过程，其计算式为：（524）（525）,二孔板送风的计算方法,二孔板送风的计算方法,采用孔板送风应注意以下各点：1.要达到较好的空气分布效果，一般开孔率k0.2%0.5%范围内，即一般取l4d0；2.为避免孔口出流时产生较大的噪声并保证工作区流速处于合宜的范围，一般；3.为使孔板出风均匀，采用等量送风的管道和静压室是必要的，一般限制孔口出流前的空气流速（垂直于孔口出流方向）和孔

25、口流速之比值，即（u为垂直于孔口出流方向的空气流速），以免出流不均匀和出流偏斜。,二孔板送风的计算方法,【例54】某空调房间尺寸为6*6*4（长*宽*高）（m），房间温度要求为，工作区空气流速不超过0.25m/s，夏季室内显热冷负荷为7200kJ/h。试选择孔板布置并进行送风气流的计算。,二孔板送风的计算方法,1.确定用局部孔板下送，设每块孔板尺寸为5.8*1.0（m），共有三块，则总孔板面积与顶棚面积之比为5.8*3/6*6=48%，故满足局部孔板送风的条件。孔板在顶棚的布置如图所示。,二孔板送风的计算方法,二孔板送风的计算方法,2.设定送风温差为，则送风应为故每块孔板的送风量为,二孔板送风

26、的计算方法,二孔板送风的计算方法,3.在工作区高度h=2m时，判断计算断面所在的射流段。根据x1=4b检查知，x1=4*1=4m，显然射流处于起始段，因而所用计算式应为式(5-16)，（5-17）。,二孔板送风的计算方法,4.K1，K2，K3：K1：按；，由图5-20，b查得 K1=0.48；K2：射流间距l=2m，射程x=2m，故l/x=1，K2=1.0;K3:计算A值用下式,二孔板送风的计算方法,设k=0.0076（或0.76%），则每块孔板的空口面积因此，这样，所以K3=1。65,二孔板送风的计算方法,5.求到达工作区的中心气流速度：取有静压室孔板，则所以,二孔板送风的计算方法,6.求到

27、达工作区时空气的中心温差衰减：,二孔板送风的计算方法,计算结果说明该孔板能满足设计要求。最后完成孔板的孔口布置及确定静压室高度：根据k=0。0076，取正方形排列，并设定d0=0.005，则可求得孔间距l，即,二孔板送风的计算方法,二孔板送风的计算方法,按 的要求，u0=3.1m/s，故静压室内气流横向流速 已知每块孔板的送风量L0=495m3/h，因此单侧送风的静压室最小高度应为：在静压室高度受限的条件下，可采取双侧送风，从而减小u值，取得更为理想的效果。,二孔板送风的计算方法,空间气流分布的计算理论尚不够完善，需要依赖经验的修正方法来处理一些实际因素的影响。随着计算机的普及及计算流体力学的发展，已有一些空间内气流分布，温度场及浓度数值模拟的研究成果。随着新型风口和气流分布方式的发展，气流分布的实验研究和理论研究应得到足够的重视。,二孔板送风的计算方法,