人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)的計(jì)算、驗(yàn)證及評價(jià)

(1 南京師范大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院 江蘇省能源系統(tǒng)過程轉(zhuǎn)化與減排技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室 南京 210042； 2 合肥通用機(jī)械研究院 合肥 230071)

隨著國家節(jié)能減排政策的實(shí)施，空調(diào)制冷設(shè)備的能效要求也越來越高，因此對相關(guān)設(shè)備的性能測試愈發(fā)重要[1]。人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室作為檢測各類空調(diào)制冷設(shè)備的測試裝置，在采集被測試空調(diào)制冷設(shè)備樣機(jī)(以下簡稱樣機(jī))性能數(shù)據(jù)時(shí)必須為樣機(jī)提供均勻穩(wěn)定的工況，樣機(jī)周圍的環(huán)境與標(biāo)準(zhǔn)工況越接近波動越小，得到測試結(jié)果的不確定度就越低[2]。國內(nèi)外各類空調(diào)制冷設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)[3-5]詳細(xì)說明了樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)工況條件及允許的變動幅值，以單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)為例，GB/T 17758—2010中風(fēng)冷型單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)額定制冷的實(shí)驗(yàn)工況最大變動幅值為±1 ℃，平均變動幅值為±0.3 ℃。美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ARI 210/240—2008中最大允許誤差為2 ℉(1.1 ℃),平均允許誤差為0.5 ℉(0.28 ℃)。人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部流場的均勻性越好，樣機(jī)周圍溫度梯度波動越小，實(shí)驗(yàn)工況越穩(wěn)定，因此研究人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部流場均勻性具有實(shí)際意義。

由于風(fēng)道內(nèi)部的靜壓作用[6-7]，送風(fēng)氣流會通過實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)風(fēng)道的各個(gè)出風(fēng)口到達(dá)測試區(qū)域，因此人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部流場情況與送風(fēng)風(fēng)道各風(fēng)口的出風(fēng)量緊密相關(guān)，為均衡各風(fēng)口的出風(fēng)，國內(nèi)外學(xué)者對其進(jìn)行了研究。國外對變截面風(fēng)道的研究主要集中在管內(nèi)流體流動的計(jì)算模型與管道物性參數(shù)上，Li Tianyu等[8-9]對變截面管道進(jìn)行了光滑曲管有限元處理，建立了任意形狀的局部截面的運(yùn)動學(xué)模型，通過沿彎曲管軸線擠壓局部截面得到全局三維彎管，對4種彎管進(jìn)行了數(shù)值模擬，并通過商業(yè)有限元程序包對模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，建立了變壁厚管結(jié)構(gòu)管道單元計(jì)算模型。G. H. R. Kefayati等[10]優(yōu)化了管內(nèi)流體計(jì)算模型，探討了屈服應(yīng)力和水利直徑對已有Bingham模型的影響并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方式。滕琴等[11]介紹了變風(fēng)口面積等截面與等風(fēng)口面積變截面兩種送風(fēng)風(fēng)道的均勻送風(fēng)方式，并對設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了說明,舉例展開了實(shí)際應(yīng)用的計(jì)算方法和考慮因素，闡述了兩者的適合場所與特點(diǎn)。李素玲等[12]在此基礎(chǔ)上對變截面送風(fēng)風(fēng)道設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的說明與推理，并優(yōu)化了計(jì)算公式。肖婷等[13]利用計(jì)算流體力學(xué)的方法對變截面風(fēng)管管內(nèi)的氣流組織進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明雷諾數(shù)越大,風(fēng)管內(nèi)的靜壓分布越均勻,送風(fēng)均勻性越好；同時(shí)證實(shí)了變化風(fēng)道截面面積對整個(gè)管內(nèi)靜壓分布的平衡作用是均勻送風(fēng)的主要原因。

但上述研究都是直接提出風(fēng)道均勻送風(fēng)的變截面方式，未對如何得到這種均勻變截面的方式進(jìn)行充分的討論說明，也未對這種方式與其他的改進(jìn)方式進(jìn)行對比分析；另一方面，目前的研究只是簡單地將各風(fēng)口的出風(fēng)量進(jìn)行對比，并未對送風(fēng)風(fēng)道提出一個(gè)合理的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；上述研究只是對變截面送風(fēng)風(fēng)道進(jìn)行了解析計(jì)算與模擬分析，并未對其實(shí)際結(jié)果進(jìn)行測試驗(yàn)證。本文針對上述問題，以某人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，將原有的方形送風(fēng)風(fēng)道作為對照組，運(yùn)用上述變截面送風(fēng)原理對其分別進(jìn)行了30°斜坡送風(fēng)風(fēng)道、45°斜坡送風(fēng)風(fēng)道、60°斜坡送風(fēng)風(fēng)道、等高度連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道與等風(fēng)量連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道5種型式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)用解析計(jì)算的方法得到上述6種送風(fēng)風(fēng)道在同一送風(fēng)條件下各風(fēng)口截面的出風(fēng)速度，并通過實(shí)驗(yàn)對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，最后對送風(fēng)風(fēng)道提出了送風(fēng)均勻性、送風(fēng)效率與綜合指標(biāo)值3種評價(jià)指標(biāo)，并得到了工程中人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室易于實(shí)現(xiàn)且具有有益效果的送風(fēng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)方式。

1 人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)

圖1所示為某人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室室外側(cè)結(jié)構(gòu)，規(guī)格為7 400 mm(長)×6 200 mm(寬)×5 700 mm(高)；送風(fēng)口尺寸為1 110 mm×1 110 mm；回風(fēng)口的尺寸為2 000 mm×800 mm；送風(fēng)門的尺寸為700 mm×1 800 mm；送風(fēng)百葉窗的尺寸為1 000 mm×1 600 mm；回風(fēng)百葉窗的尺寸為1 500 mm×600 mm；兩側(cè)送風(fēng)靜壓層的寬度為600 mm；上部回風(fēng)靜壓層高度為700 mm。

實(shí)驗(yàn)室采用兩側(cè)送風(fēng)上部回風(fēng)的送回風(fēng)方式，送風(fēng)氣流由室外空氣處理機(jī)組從送風(fēng)口送入靜壓腔體內(nèi)，再由送風(fēng)門送入送風(fēng)靜壓層，通過送風(fēng)百葉窗進(jìn)入測試區(qū)域，經(jīng)由回風(fēng)百葉窗送到回風(fēng)口。

圖1 人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室室外側(cè)結(jié)構(gòu)Fig.1 Outdoor structure of the artificial environment laboratory

2 不同送風(fēng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

流體在管內(nèi)流動有沿程阻力與局部阻力[14-17]，因此沿著空氣流動方向，送風(fēng)風(fēng)道側(cè)壁各風(fēng)口的流速逐漸減小，對應(yīng)的各風(fēng)口出風(fēng)量也逐漸減少，但由于送風(fēng)風(fēng)道在空間上的限制，而各個(gè)出風(fēng)口的面積相等，可以通過變化風(fēng)道的截面面積來實(shí)現(xiàn)各風(fēng)口的近似均勻出風(fēng)。在計(jì)算送風(fēng)風(fēng)道時(shí)，為了簡化計(jì)算作如下假設(shè)：

1)用風(fēng)口截面的平均流速和截面的平均靜壓代表該風(fēng)口截面的流速和靜壓；

2)送風(fēng)氣流在送風(fēng)風(fēng)道中的流量系數(shù)及沿程阻力系數(shù)均為常數(shù)；

3)空氣的流動僅由風(fēng)道中的靜壓引起；

4)將第一個(gè)出風(fēng)口截面的平均風(fēng)速作為風(fēng)道的平均送風(fēng)風(fēng)速。

圖2所示為以圖1的人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)風(fēng)道為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的帶有等面積送風(fēng)口的6種結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道，風(fēng)道除了送風(fēng)口與各個(gè)出風(fēng)口外其它位置是封閉的，各個(gè)結(jié)構(gòu)的風(fēng)道長度相等且各個(gè)送風(fēng)口之間的距離相等，沿著風(fēng)道長度方向的各送風(fēng)口面積相等。

圖2 6種典型送風(fēng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)Fig.2 Six structures of typical air supply duct

根據(jù)流體運(yùn)動的能量方程[7]，對于圖2(a)～(e)所示的5種結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道，推導(dǎo)出第i個(gè)和第i+1個(gè)風(fēng)口中心截面的能量方程為：

(1)

式中：pi，pi+1分別為截面i和截面i+1的平均靜壓,Pa；vi，vi+1分別為截面i和截面i+1平均空氣流速,m/s；ρ為空氣密度,kg/m3；η為靜壓復(fù)得系數(shù)，一般取0.5～0.8；λ為沿程阻力系數(shù)，取決于流體雷諾數(shù)與風(fēng)道粗糙度；li為i截面和i+1截面間的距離,m；Di為風(fēng)道在i截面和i+1截面間的平均當(dāng)量直徑，將Di的值作為為Di和Di+1的平均值；a，b為局部阻力項(xiàng)和沿程阻力項(xiàng)的修正常數(shù)。

對于送風(fēng)風(fēng)道，若靜壓pi已知，則第i個(gè)送風(fēng)口截面的送風(fēng)速度為：

vi=μ(2pi/ρ)0.5

(2)

式中：μ為送風(fēng)口流量系數(shù)。

根據(jù)式(2)，若v1已知，便可以算出第一個(gè)送風(fēng)口處的靜壓p1，再根據(jù)具體型式的風(fēng)道尺寸依次迭代便可求出各個(gè)送風(fēng)口的靜壓，從而得出各風(fēng)口的送風(fēng)速度。

對于圖2(f)所示的等風(fēng)量連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道，已知各風(fēng)口的出風(fēng)量來計(jì)算出各個(gè)截面的高度，而對于結(jié)構(gòu)(a)～(e)是已知結(jié)構(gòu)求解各個(gè)風(fēng)口的風(fēng)量，故將式(1)的沿程阻力與局部阻力合成Δpi，則相鄰兩個(gè)出風(fēng)口的能量方程可簡化為：

(3)

式中：Δpi為風(fēng)口i與風(fēng)口i+1間的壓降，即局部阻力與沿程阻力之和。

因各風(fēng)口風(fēng)量一致，而送風(fēng)口面積一致各風(fēng)口風(fēng)速相等，再根據(jù)式(2)可得：

pi+1=pi

(4)

結(jié)合式(3)、式(4)得：

(5)

又因:

(6)

結(jié)合式(5)、式(6)可得：

(7)

由于等風(fēng)量連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道的全部風(fēng)量均由各個(gè)風(fēng)口送出且每個(gè)風(fēng)口的風(fēng)量相等，則：

(8)

式中：Qi為風(fēng)口i的風(fēng)量,m3/s；Q0為入口風(fēng)量,m3/s；n為風(fēng)口數(shù)。

因此，等風(fēng)量連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道各出風(fēng)口截面的水平隔板的高度為：

(9)

式中：bi為風(fēng)口i處的風(fēng)道高度,m；a為風(fēng)道的寬度,m。

3 不同送風(fēng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 不同送風(fēng)風(fēng)道的計(jì)算結(jié)果

圖2中送風(fēng)風(fēng)道長度l=5.4 m，風(fēng)道進(jìn)口寬度a=0.6 m，高度b=5.0 m，送風(fēng)口n=4，靜壓復(fù)得系數(shù)η=0.75，風(fēng)道粗糙度Δ=0.15 mm，流量系數(shù)μ=0.65，取第一個(gè)出風(fēng)口截面的平均風(fēng)速為2 m/s，風(fēng)道寬度a保持不變；對于3種傾斜導(dǎo)流板，圖2(b)～(d)中右端水平板的長度為1.5 m，高度為2.6 m，傾斜板的角度分別為30°、45°和60°，其他條件相同；圖2(e)中右端水平板的長度為1.5 m，高度為2.6 m，中間板的長度為1 m，中間隔板的豎直距離為0.84 m。

根據(jù)上述條件，該送風(fēng)風(fēng)道的入口處當(dāng)量直徑為1.07 m，因此該送風(fēng)條件下空氣的雷諾數(shù)為1.55×106>4 000為湍流，該雷諾數(shù)結(jié)合風(fēng)道的粗糙度查莫迪圖[18]可得式(1)與式(7)中沿程阻力系數(shù)λ=0.013，進(jìn)一步結(jié)合式(1)和式(2)可得到5種結(jié)構(gòu)下各風(fēng)口的風(fēng)速，結(jié)果如表1所示，表中a,b乘以20倍帶入式(1)計(jì)算。

對于圖2(f)的等風(fēng)量連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道，首先用式(7)計(jì)算出該風(fēng)道各個(gè)風(fēng)口截面的平均速度，再用式(8)計(jì)算出各風(fēng)口的出風(fēng)量，最后通過式(9)可得各風(fēng)口截面隔板的高度，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表1 不同風(fēng)道結(jié)構(gòu)的阻力修正常數(shù)與計(jì)算結(jié)果Tab.1 Drag coefficient and calculated results of different air duct structures

表2 等風(fēng)量連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation results of continuous air supply duct with equal air volume

3.2 不同送風(fēng)風(fēng)道的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上文提出的近似計(jì)算方法結(jié)果的準(zhǔn)確性，并為進(jìn)一步推廣該計(jì)算方法提供參考，需要測量圖2中6種結(jié)構(gòu)的各風(fēng)口截面的實(shí)際風(fēng)速。風(fēng)速的測量采用Testo 416風(fēng)速計(jì)，該儀器配備固定式16 mm直徑葉輪探頭，連接伸縮手柄，最長890 mm。該風(fēng)速儀的量程為1～40 m/s；風(fēng)速測量的不確定度Δ儀為±(0.2±1.5%×測量值)m/s，即文中3.3節(jié)中的系統(tǒng)不確定度ΔA。

由于本文的計(jì)算結(jié)果為各風(fēng)口截面的平均速度[19-21]，因此需要對截面的多個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行測試并計(jì)算平均速度，風(fēng)道風(fēng)口截面的寬度為定值600 mm，將其分成2段，各個(gè)結(jié)構(gòu)的截面高度是不斷變化的，取截面高度的1/5為一段進(jìn)行劃分，60°斜坡送風(fēng)風(fēng)道側(cè)視圖如圖3所示，具體的測點(diǎn)布置如圖4所示。每種結(jié)構(gòu)的送風(fēng)風(fēng)道都有10個(gè)區(qū)域，取每個(gè)區(qū)域的中心作為該區(qū)域的測試值，每個(gè)測點(diǎn)測量3次，每次間隔10 s，取3次測試平均值作為該區(qū)域的測量值，最后將10個(gè)區(qū)域的平均值作為該截面速度的最終測量值，最終測試結(jié)果如圖5所示。

圖3 60°斜坡送風(fēng)風(fēng)道側(cè)視圖Fig.3 Side view of 60° slope air supply duct

圖4 60°斜坡送風(fēng)風(fēng)道內(nèi)部測點(diǎn)布置Fig.4 Layout of measuring points in 60° slope air supply duct

圖5 方形風(fēng)道與60°斜坡風(fēng)道不同送風(fēng)速度實(shí)測Fig.5 Actual velocity measurement of square duct and 60°slope air supply duct

當(dāng)送風(fēng)平均風(fēng)速過小時(shí)[22-23]，風(fēng)道內(nèi)部靜壓很小，造成離送風(fēng)處遠(yuǎn)的出風(fēng)口衰減至無風(fēng)速的現(xiàn)象；當(dāng)送風(fēng)平均風(fēng)速過大時(shí)，風(fēng)道內(nèi)部靜壓過大，造成相鄰出風(fēng)口截面平均風(fēng)速相差很小，雖然能保證送風(fēng)風(fēng)道內(nèi)部風(fēng)速的均勻性，但會造成最后一個(gè)出風(fēng)口的返流速度過大。上述兩種狀況下，變化風(fēng)道的結(jié)構(gòu)便會無意義，因此需要對送風(fēng)風(fēng)速有一定要求。本實(shí)驗(yàn)通過改變?nèi)肟陲L(fēng)速測量方形送風(fēng)風(fēng)道與60°斜坡送風(fēng)風(fēng)道各風(fēng)口截面平均風(fēng)速的大小以選擇該風(fēng)道結(jié)構(gòu)下合理的送風(fēng)速度范圍，結(jié)果表明送風(fēng)平均風(fēng)速為2～6 m/s時(shí)變化送風(fēng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)對各風(fēng)口截面風(fēng)速分布效果顯著。

3.3 理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

對比3.1中計(jì)算得到的6種結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道各風(fēng)口速度的結(jié)果與3.2實(shí)測得到的結(jié)果，如圖6所示。

圖6 6種結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道各風(fēng)口截面風(fēng)速計(jì)算與實(shí)測結(jié)果對比Fig.6 Comparison of calculated cross section wind velocity and measured results of six types of air supply duct

通過圖6可以計(jì)算得出實(shí)測值與計(jì)算值的最大相對誤差為16.35%，誤差在可接受范圍內(nèi)，說明該種對于送風(fēng)風(fēng)道近似計(jì)算的方法具有一定的推廣價(jià)值，故本文第4節(jié)的指標(biāo)評價(jià)采用3.1節(jié)中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。圖6中計(jì)算值的各風(fēng)口風(fēng)速下降有一定的梯度性，但實(shí)測值中1#風(fēng)口與2#風(fēng)口之間、3#風(fēng)口與4#風(fēng)口之間的風(fēng)速下降趨勢較計(jì)算值小，而2#風(fēng)口與3#風(fēng)口的風(fēng)速下降趨勢較計(jì)算值更為顯著。

依據(jù)我國測量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JJF1059—2012[24]，測量不確定度的定義是：與測量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的一個(gè)參數(shù)，用以合理地表征測量結(jié)果的分散性。不確定度值指測量結(jié)果偏離實(shí)際情況的程度，用分散性尺度來評價(jià)測量結(jié)果質(zhì)量，綜合了全部誤差因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。不確定度分析理論[25-26]是誤差理論的進(jìn)一步發(fā)展，主要按不確定度來源分為系統(tǒng)不確定度和隨機(jī)不確定度，系統(tǒng)不確定度可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、資料或儀器說明書評定，而隨機(jī)不確定度可以根據(jù)直接測量樣本標(biāo)準(zhǔn)差來獲得，計(jì)算方法如式(10)，計(jì)算結(jié)果如表3所示，最大不確定度為0.182，表明本文實(shí)驗(yàn)得到的測量值離散程度在可接受范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度較高。

(10)

式中：ΔX為合成不確定度，即最終所求不確定度值；ΔA為系統(tǒng)不確定度，取ΔA=Δ儀；ΔB為隨機(jī)不確定度。

表3 6種送風(fēng)風(fēng)道結(jié)構(gòu)的實(shí)測結(jié)果的不確定度Tab.3 Uncertainty of measured results of six typesof air supply duct

4 送風(fēng)風(fēng)道的指標(biāo)評價(jià)

4.1 均勻性指標(biāo)

送風(fēng)風(fēng)道的不均勻性[27-28]具體表現(xiàn)在各出風(fēng)口的風(fēng)速與平均送風(fēng)風(fēng)速的差異上，本文以不均勻系數(shù)作為不同結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道的均勻性指標(biāo)，其值越小表明該結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道的均勻性越好，第i個(gè)出風(fēng)口的送風(fēng)不均勻系數(shù)σi用式(11)計(jì)算，進(jìn)一步可以用各風(fēng)口不均勻系數(shù)的平均值來代表該種結(jié)構(gòu)風(fēng)道結(jié)構(gòu)的不均勻系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

(11)

表4 均勻性評價(jià)指標(biāo)下6種結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道的不均勻系數(shù)Tab.4 Uniformity coefficients of six types of air supply duct under the uniformity evaluation index

4.2 送風(fēng)效率(壓降)指標(biāo)

風(fēng)道的送風(fēng)效率[29-31]具體表現(xiàn)在各出風(fēng)口的靜壓與平均送風(fēng)靜壓的差異上，本文以送風(fēng)壓降系數(shù)作為不同結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道的送風(fēng)效率指標(biāo)，其值越大表明該結(jié)構(gòu)下送風(fēng)風(fēng)道的送風(fēng)效率越高，第i個(gè)出風(fēng)口的送風(fēng)壓降系數(shù)ηi用式(12)計(jì)算，進(jìn)一步可以用各風(fēng)口壓降系數(shù)的平均值來代表該種結(jié)構(gòu)風(fēng)道結(jié)構(gòu)的壓降系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表5。

(12)

表5 送風(fēng)效率評價(jià)指標(biāo)下6種結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道的壓降系數(shù)Tab.5 Pressure drop coefficient of six air supply duct under the evaluation index of air supply efficiency

表5為6種結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道的壓降系數(shù)，其值越小，說明送風(fēng)風(fēng)道各出風(fēng)口之間的壓力變化越小，排出相等風(fēng)量所需時(shí)間越長。結(jié)果表明，方形送風(fēng)風(fēng)道的送風(fēng)效率最佳，壓降系數(shù)為0.420;均勻送風(fēng)風(fēng)道的送風(fēng)效率最差，壓降系數(shù)僅為0.030。

4.3 綜合指標(biāo)

送風(fēng)風(fēng)道的綜合指標(biāo)即在考慮各風(fēng)口均勻送風(fēng)的前提下，考慮送風(fēng)效率，即壓降系數(shù)，由于兩者對風(fēng)道的有效效果相背，將各種結(jié)構(gòu)的壓降系數(shù)平均值與不均勻系數(shù)平均值的比值作為該種結(jié)構(gòu)的綜合指標(biāo)ζ，如式(13)，計(jì)算結(jié)果見表6。

(13)

表6為6種結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道的綜合評價(jià)指標(biāo)，其值越大，說明送風(fēng)風(fēng)道在送風(fēng)均勻性與送風(fēng)效率上綜合效果越優(yōu)。結(jié)果表明，60°斜坡送風(fēng)風(fēng)道的綜合指標(biāo)最佳，ζ=2.28；均勻性最佳的等風(fēng)量連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道的綜合指標(biāo)略低，ζ=2.00。

表6 6種結(jié)構(gòu)送風(fēng)風(fēng)道的綜合指標(biāo)ζTab.6 Comprehensive index value of six types ofair supply duct

5 結(jié)論

本文以某人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，將原有的方形送風(fēng)風(fēng)道作為對照組，進(jìn)行了30°/45°/60°斜坡送風(fēng)風(fēng)道、等高度/等風(fēng)量連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道5種型式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對這6種結(jié)構(gòu)進(jìn)行同一送風(fēng)速度下各風(fēng)口截面出風(fēng)速度的理論計(jì)算，并通過實(shí)驗(yàn)對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，最后對送風(fēng)風(fēng)道提出了送風(fēng)均勻性、送風(fēng)效率與綜合指標(biāo)3種評價(jià)指標(biāo)，主要結(jié)論如下：

1)該人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室原有方形送風(fēng)風(fēng)道的不均勻系數(shù)為0.265，壓降系數(shù)為0.420，綜合指標(biāo)為1.58；等高度連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道的不均勻系數(shù)為0.098，壓降系數(shù)為0.178，綜合指標(biāo)為1.82；等風(fēng)量連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道的不均勻系數(shù)僅為0.015，壓降系數(shù)為0.030，綜合指標(biāo)為2.00。

2)對于3種角度的斜坡式送風(fēng)風(fēng)道，30°斜坡送風(fēng)風(fēng)道的不均勻系數(shù)為0.235，壓降系數(shù)為0.390；綜合指標(biāo)為1.66；45°斜坡送風(fēng)風(fēng)道的不均勻系數(shù)為0.145，壓降系數(shù)為0.245，綜合指標(biāo)為1.69；60°斜坡送風(fēng)風(fēng)道的不均勻系數(shù)為0.158，壓降系數(shù)為0.360，綜合指標(biāo)為2.28。

3)若以均勻性作為送風(fēng)風(fēng)道的評價(jià)指標(biāo)，則等風(fēng)量連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道的效果最佳，僅考慮風(fēng)道送風(fēng)均勻性時(shí)選取該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；若以送風(fēng)效率作為送風(fēng)風(fēng)道的指標(biāo)，則方形送風(fēng)風(fēng)道的壓降最大，僅考慮風(fēng)道送風(fēng)效率時(shí)選取該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；若從綜合指標(biāo)值出發(fā)，60°斜坡送風(fēng)風(fēng)道的綜合效果最佳，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅綜合考慮了送風(fēng)均勻性與效率且較等風(fēng)量連續(xù)斜坡送風(fēng)風(fēng)道的制作工程量大大減少，工程上人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室推薦使用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且可推薦的送風(fēng)速度范圍為2～6 m/s。

4)對于本文提出的送風(fēng)均勻性指標(biāo)、送風(fēng)效率指標(biāo)與綜合指標(biāo)3種評價(jià)方式，綜合評價(jià)指標(biāo)同時(shí)兼顧了送風(fēng)風(fēng)道的均勻性與送風(fēng)效率，送風(fēng)風(fēng)道在采用該指標(biāo)時(shí)在達(dá)到一定送風(fēng)均勻性要求的前提下會有相應(yīng)的送風(fēng)效率要求，減少了空氣處理設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，起到減少能耗的作用。

本文受江蘇省教育廳高校自然科學(xué)基金(15KJD470001)資助項(xiàng)目。(The project was supported by the Higher Education Institutions of Jiangsu Province (No.15KJD470001).)

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