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《送風(fēng)孔板阻力系數(shù)模擬研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、送風(fēng)孔板阻力系數(shù)模擬研究同濟大學(xué)朱春張旭摘要孔板作為一種風(fēng)口形式，不僅可以用于潔凈室送風(fēng)末端，也常常用于地鐵站臺通風(fēng)、列車車廂送風(fēng)等人員密集或是空間相對狹小等場合。本文首先理論分析影響孔板阻力特性的參數(shù)，接著利用CFD模擬了不同開孔率下孔板的阻力特性，得出了孔板阻力系數(shù)的計算關(guān)聯(lián)式，以便于工程實際設(shè)計與計算。關(guān)鍵詞孔板開孔率阻力特性0引言孔板作為一種風(fēng)口形式，不僅可以用于潔凈室送風(fēng)末端，也常常用于地鐵站臺通風(fēng)、列車車廂內(nèi)送風(fēng)等人員密集或是空間相對狹小等場合，起到均勻送風(fēng)的作用。對航空航天等某些特殊通風(fēng)領(lǐng)域，當送風(fēng)管尺寸不能變化
2、時，孔板可作為末端局部阻力件來調(diào)節(jié)各送風(fēng)支路阻力平衡，此時需要已知孔板的阻力系數(shù)。常用的通風(fēng)空調(diào)手冊中[1]，沒有述及多孔孔板的局部阻力計算，因此有必要對孔板的阻力特性進行研究。孔板風(fēng)口一般為平板上均勻開設(shè)多個圓孔，風(fēng)流通過孔板時形成多股小孔射流，然后混合匯聚，均勻送出。為計算孔板的阻力，需要給出每一個小孔的入流條件，分析各個小孔的流動特征，這給理論計算帶來許多麻煩和不確定性，因此必須簡化模型。簡單的辦法是將孔板風(fēng)口等效為一個簡單開口，其面積與孔板風(fēng)口的有效通過面積相等，這樣可以確保入流的動量流量和質(zhì)量流量與實際一致[2]，簡
3、化模型如圖1。根據(jù)分析，把氣流流過孔板過程分解為突縮和突擴兩個過程。對于突擴過程，由2-2斷面、3-3斷面應(yīng)用貝努利方程，并代入動量方程，可得鮑爾德-卡爾諾公式：(1)Fc為自由出流收縮斷面2-2的面積，引入收縮系數(shù)ε=Fc/F2，和開孔率（也稱為擴張比）n=F2/F3，公式（2）可寫為（2）當Re>104時，收縮系數(shù)ε可認為定值。圖1簡化的孔板出風(fēng)示意圖對于突縮過程，由于收縮過程產(chǎn)生漩渦的復(fù)雜性，只給出經(jīng)驗公式[3]：（3）因此，氣流通過孔板的阻力系數(shù)為：（4）理論分析中，只考慮了突擴、突縮過程的“沖擊”損失，忽略了兩個過程
4、的沿程阻力損失，僅適用于Re>104的紊流情況。簡化的模型中，同時忽略了多孔射流的混合損失，而該損失與開孔孔徑和開孔率有關(guān)。本文通過CFD模擬方法，分別研究影響多孔孔板阻力系數(shù)的因素，包括：孔板厚度l,小孔孔徑d，孔板開孔率n和孔板入流平均Re數(shù)的函數(shù)。2模擬計算為分析以上各因素對孔板阻力特性的影響，研究思路為只改變單個影響參數(shù)，其它參數(shù)取為定值，采用CFD軟件模擬方法，分別對各因素進行分析研究。建立如圖2的四方體幾何模型，模型尺寸為0.3×0.11×1m，模型中間截面設(shè)孔板，上、下底面分別設(shè)送風(fēng)、出風(fēng)口，兩風(fēng)口與四方體截面等
5、尺寸，即為0.3×0.11m。。四方體各側(cè)面默認為對稱邊界條件。根據(jù)達西-維伊斯巴赫公式：(6)給定送風(fēng)入流速度，采用k-ε計算模型，可模擬計算出入口和出口的壓力差，因而得出不同幾何條件下孔板的阻力系數(shù)。圖2孔板幾何模型2.1孔板開孔尺寸d設(shè)定入口流速0.202m/s，孔板開孔率n為13.4%，孔板厚度l為3mm，分別取孔板開孔直徑為4mm、6mm和8mm，開孔均勻布置。圖3給出孔徑φ4的截面模擬結(jié)果：圖3孔徑φ4的壓力場和速度場根據(jù)以上CFD計算結(jié)果，整理各孔徑下的阻力系數(shù)見表1。表1不同孔徑的阻力系數(shù)（n=13.4%）開孔
6、直徑d壓力差Δp（Pa）阻力系數(shù)ζ4mm2.901186mm3.141288mm2.99122由表1可見，相同開孔率條件下，不同孔徑的阻力系數(shù)最大相差7.5%，計算阻力系數(shù)與孔板孔徑大小不呈同一趨勢變化關(guān)系，因此可認為孔板阻力與開孔大小無關(guān)。2.2孔板厚度l設(shè)定入口流速0.202m/s，孔板開孔率13.8%，開孔直徑6mm，分別取不同開孔厚度，開孔均勻布置。5mm厚孔板模擬結(jié)果見圖4。圖45mm厚孔板壓力場和速度場根據(jù)CFD處理結(jié)果，計算各孔板厚度下的阻力系數(shù)見圖5。圖5不同孔板厚度的阻力系數(shù)（n=13.8%）由圖5，相同開孔
7、率條件下，1mm與10mm孔板厚度的阻力系數(shù)相差8.2%，1~5mm孔板厚度的阻力系數(shù)相差3.5%，可認為孔板阻力與孔板厚度無關(guān)，。2.3孔板開孔率為研究開孔率與阻力系數(shù)的關(guān)系，設(shè)定入口流速0.202m/s，取孔板厚度3mm，開孔直徑6mm，開孔均勻布置。模擬結(jié)果見圖6，圖7為n取10%~40%的部分結(jié)果。圖6n-ξ曲線關(guān)系圖7n取10%~40%的阻力系數(shù)根據(jù)圖6、圖7結(jié)果，孔板開孔率與阻力系數(shù)表現(xiàn)出明顯的基本函數(shù)關(guān)系，根據(jù)曲線回歸分析，最后擬合n-ξ的冪函數(shù)關(guān)系如下：R2=0.9931(7)為工程簡化計算，可如下擬合公式：R
8、2=0.9885（8）2.4Re數(shù)取孔板開孔率13.8%，開孔直徑6mm，孔板厚度3mm，設(shè)定不同速度，模擬Re數(shù)與ζ關(guān)系如表2。（其中運動粘性系數(shù)取20℃空氣值：15.7×10-6m2/s）入口速度v1Re×103阻力系數(shù)ζ0.2020.2431272.022.431232
