CN105673978B - 一种90°矩形防积尘弯头及弯头的防积尘处理方法 - Google Patents

一种90°矩形防积尘弯头及弯头的防积尘处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种90°矩形防积尘弯头及弯头的防积尘处理方法，包括上顶板、下底板、外弧面和内弧面；上顶板、下底板、外弧面和内弧面作为四个面合围得到一个1/4圆的弧形管；上顶板与下底板相同；所述下底板和外弧面都被划分为高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区；在所述高尘粒浓度区和中尘粒浓度区分别使用不同粗糙高度的防积尘材料。本发明在不同积尘浓度的部位采用不同粗糙高度洁净材料，可有效的减少悬浮颗粒物在弯头处的沉积，同时节省耐磨材料使用量，降低弯头的造价。

Description

一种90°矩形防积尘弯头及弯头的防积尘处理方法
技术领域
本发明属于工业通风领域，具体涉及一种矩形弯头及弯头处理方法，特别是一种90°矩形防积尘弯头及弯头的防积尘处理方法。
背景技术
送风系统中室外空气经空调机组处理时，由于大多数粗精效过滤网仅能过滤3um以上的悬浮颗粒物，其微细颗粒物则随风直接进入风管，而风管内表面实际粗糙高度远远高于微细颗粒物的大小，因此，这些微细的颗粒物随着空气与风管内壁相互碰撞摩擦产生静电吸附越积越多，从而导致风管内壁的粗糙高度越来越大，灰尘粘附加速进行，如此长年累月形成较厚的积尘。而排风系统所有悬浮颗粒物均随气流进入管道中，积尘更加严重。尤其是在风管的弯头等局部阻力构件处，空气以及悬浮颗粒物与周围管壁的碰撞更加剧烈，是输配系统中最容易积尘磨损的部位。风道积尘带来的危害主要有两种：1、滋生细菌，传染疾病：由于风道通风道内的灰尘会逐渐沉积滋生病菌，逐渐变成室内空气的污染源；2、空气在风道内流动会由于粘性及流体的相对运动产生内摩擦力，空气在风道内流动要克服这种阻力而耗费能量。
据了解，目前常用的风管弯头并无任何防粉尘沉积的措施。为了防止悬浮颗粒物在管道弯头等易积尘处的沉积，简单的思路是使用粗糙高度尽可能低的洁净管材制作风管弯头。但实际情况下，并非风管弯头所有部位都易积尘，也就是说有些不易积尘的面或是同一个面的某些部位不易积尘，采用统一改变风管材料换成洁净管材的方法必然会造成在不易积尘的部分耗费多余的材料，造成整个风管弯头造价的提高。
发明内容
针对现有弯头的缺陷，本发明的目的在于，提供一种90°矩形防积尘弯头。这种弯头在不同积尘浓度的部位采用不同粗糙高度洁净材料，可有效的减少悬浮颗粒物在弯头处的沉积，同时节省耐磨材料使用量，降低弯头的造价。
为实现上述技术任务，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种90°矩形防积尘弯头，包括上顶板、下底板、外弧面和内弧面；上顶板、下底板、外弧面和内弧面作为四个面合围得到一个1/4圆的弧形管；上顶板与下底板相同；所述下底板和外弧面都被划分为高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区；所述高尘粒浓度区和中尘粒浓度区上都使用不同粗糙高度的防积尘材料。
进一步的，所述高尘粒浓度区使用的防积尘材料为不锈钢洁净管材。
进一步的，利用下式计算防积尘材料的粗糙高度：
式中，Hh为高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度，mm；K为90°矩形弯管当量粗糙高度，mm；αmax-h为板面的最大尘粒浓度值；αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值；γ1为高尘粒浓度力区的粗糙高度常数系数，当INT函数值为1时取γ1＝0.5，当INT函数值不为1时取γ1＝1；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
进一步的，所述中尘粒浓度区使用的防积尘材料为镀锌薄钢板。
进一步的，利用下式计算防积尘材料的粗糙高度：
式中，Hm为中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度，mm；K为90°矩形弯管当量粗糙高度，mm；αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；αm-l为划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值；γ2为中尘粒浓度区粗糙高度常数系数，当INT函数值为1时取γ2＝0.5，当INT函数值不为1时取γ2＝1；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
本发明的另一个目的在于，提供一种对90°矩形弯头的防积尘粒沉积处理方法，包括以下步骤：
步骤1：对于90°矩形弯头，求解空气和尘粒混合流动的两相流的连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组，确定90°矩形弯头稳态湍流混合物速度场U(x,y,z)；
步骤2：根据步骤1得到的90°矩形弯头稳态湍流速度场U(x,y,z),求得尘粒的滑移速度vdr,p；
步骤3：根据步骤1得到的90°矩形弯头稳态湍流速度场U(x,y,z)和步骤2求解的尘粒的滑移速度vdr,p，代入式2所示的尘粒组分体积分数方程，对式2进行一阶迎风格式离散化，并利用高斯-赛德尔迭代进行求解，得到第二相即尘粒的体积浓度αp(x,y,z)，从而得到外弧面与下底板各自的尘粒浓度范围；
(式2)
式中，ρp为尘粒密度，m3/kg；t为时间，s；vdr,p为尘粒的滑移速度，m/s；Δmq为质量流量，kg/s；
步骤4：根据步骤3得到的外弧面与下底板的尘粒浓度范围，分别计算得到各个板面的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m；同时计算得到各个板面的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l；将αh-m在板面上对应的曲线作为板面的高中尘粒浓度区包络曲线；将αm-l在板面上对应的曲线作为板面的中低尘粒浓度区包络曲线；
步骤5：分别在步骤4得到的各板面上的中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上取多个离散点，并获取这些离散点的坐标值；对中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合，得到原始拟合曲线方程，然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行处理，得到中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线对应的拟合曲线方程；
步骤6：将步骤5得到每个板面的每条拟合曲线方程作为板面上各尘粒浓度区的分界线，得到各板面的高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区；
步骤7：在步骤6得到的每个板面的高尘粒浓度区采用不锈钢洁净管材，在中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板；计算各板面的高尘粒浓度区以及中尘粒浓度区使用的防积尘材料的粗糙高度；根据防积尘材料的粗糙高度对防积尘材料的相应区域进行抛光。
进一步的，所述步骤2中，利用式1计算滑移速度vdr,p：
(式1)
式中，vdr,p为尘粒的滑移速度，m/sρp为尘粒密度，m3/kg；ρm为混合物密度，m3/kg；dp为尘粒直径，m；fdrag为曳力函数；vq为空气速度，m/s，μq为空气动力粘性系数，m2/s。
进一步的，所述步骤4中，利用式3分别得到各个板面的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m；同时利用式4得到各个板面的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l；
(式3)
(式4)
式中，αmax-h、αmin-l分别为板面的最大尘粒浓度值和最小尘粒浓度值；ξ、ψ为区域划分常数，1≤ξ≤2，0＜ψ≤1；板面是指下底板4或外弧面2。
进一步的，所述步骤7中，利用式5计算在高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度：
(式5)
式中，Hh为高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度，mm；K为U型管道弯管当量粗糙高度，mm；αmax-h为板面的最大尘粒浓度值；αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值；γ1为高尘粒浓度力区粗糙高度常数系数，当式5中INT函数值为1时γ1＝0.5，当式5中INT函数值不为1时γ1 1；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
进一步的，所述步骤7中，利用式6计算中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度：
(式6)
式中，Hm为中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度，mm；K为U型管道弯管当量粗糙高度，mm；αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；αm-l为划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值；γ2为中尘粒浓度区粗糙高度常数系数，当式6中INT函数值为1的时候取γ2＝0.5，当式6中INT函数值不为1的时候取γ2＝1；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
本发明具有如下优点：
(1)通过求解两相流动偏微分方程组的方法，能够准确定位90°矩形弯头板面的尘粒浓度大小分布，有的放矢地进行防积尘处理，能够有效的减少风管弯头内部尘粒的堆积。
(2)对下底板以及外弧面分别划分高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区，在高尘粒浓度区和中尘粒浓度区选择不同的洁净管材进行防积尘处理，能够有针对性且准确地处理到每一个需要处理的部位，提高了防积尘效果。
(3)对高尘粒浓度区、中尘粒浓度区的耐磨材料的粗糙高度进行精准设计，而且同一尘粒浓度区域可以选择不同粗糙高度，合适的粗糙高度能够提高耐磨效果。
附图说明
图1为现有90°矩形弯管示意图；
图2为下底板防积尘处理示意图；
图3为外弧面防积尘处理示意图；
图4为现有90°矩形弯头内尘粒浓度场示意图；
图5为现有90°矩形弯头下底板高尘粒浓度，中尘粒浓度和低尘粒浓度区图；
图6为本发明的90°矩形防积尘弯头外弧面高尘粒浓度，中尘粒浓度和低尘粒浓度区图；
图7为现有90°矩形弯头(a)与本发明的90°矩形防积尘弯头(b)下底板尘粒浓度分布对比图；
图8为现有90°矩形弯头(a)与本发明的90°矩形防积尘弯头(b)外弧面尘粒浓度分布对比图；
图中各标号含义：1-入口；2-外弧面；3-上顶板；4-下底板；5-出口；6-法兰；7-内弧面；8-下底板高尘粒浓度区；9-下底板中尘粒浓度区；10-下底板低尘粒浓度区；11-外弧面低尘粒浓度区；12-外弧面中尘粒浓度区；13-外弧面高尘粒浓度区。
具体实施方式
如图1所示，本发明的90°矩形防积尘弯头的主体为常见的90°矩形弯头，常见的90°矩形弯头包括上顶板3、下底板4、外弧面2和内弧面7；上顶板3、下底板4、外弧面2和内弧面7作为四个面合围得到一个1/4圆的弧形管；上顶板3与下底板4相同。
为了有效防止弯头尘粒沉积，对常见的90°矩形弯头的下底板4和外弧面2分别进行防积尘粒沉积处理。由于上顶板3和内弧面7的尘粒沉积浓度值很低，本发明中不对上顶板3和内弧面7进行防积尘粒沉积处理。防积尘粒沉积处理具体如下：
下底板4和外弧面2被划分为高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区。具体是：下底板4被分为高尘粒浓度区8、中尘粒浓度区9和低尘粒浓度区10；外弧面2被分为高尘粒浓度区13、中尘粒浓度区12和低尘粒浓度区11。由于低尘粒浓度区的尘粒沉积浓度很低，故不做防积尘粒沉积处理。
可选的，高尘粒浓度区域采用不锈钢洁净管材，不锈钢洁净管材的粗糙高度：
可选的，中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板，镀锌薄钢板的粗糙高度：
本发明还给出了对90°矩形弯头的防积尘粒沉积处理方法，包括以下步骤：
步骤1：对于常见的90°矩形弯头，求解空气和尘粒混合流动的两相流的连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组，确定90°矩形弯头稳态湍流混合物速度场U(x,y,z)。
可选的，上述连续性方程、N-S动量方程偏微分方程组的求解采用基于压力基求解的RNG k-ε湍流模型并结合simple算法进行。
步骤2：根据步骤1得到的90°矩形弯头稳态湍流速度场U(x,y,z),代入式1，求得尘粒的滑移速度vdr,p：
(式1)
式中，vdr,p为尘粒的滑移速度，m/sρp为尘粒密度，m3/kg；ρm为混合物密度，m3/kg；dp为尘粒直径，m；fdrag为曳力函数；vq为空气速度，m/s，μq为空气动力粘性系数，m2/s。
可选的，fdrag采用Schiller and Naumann模型进行求解得到。
步骤3：根据步骤1得到的90°矩形弯头稳态湍流速度场U(x,y,z)和步骤2求解的尘粒的滑移速度vdr,p,代入式2所示的尘粒组分体积分数方程，对式2进行一阶迎风格式离散化，并利用高斯-赛德尔迭代进行求解，得到第二相即尘粒的体积浓度αp(x,y,z)，从而得到外弧面与下底板各自的尘粒浓度范围；
(式2)
式中，ρp为尘粒密度，m3/kg；t为时间，s；vdr,p为尘粒的滑移速度，m/s；Δmq为质量流量，kg/s。
步骤4：根据步骤3得到的外弧面与下底板的尘粒浓度范围，分别利用式3得到各个板面的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m；同时利用式4得到各个板面的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l；将αh-m在板面上对应的曲线作为板面的高尘粒浓度区和中尘粒浓度区分界线，即高中尘粒浓度区包络曲线；将αm-l在板面上对应的曲线作为板面的中尘粒浓度区和低尘粒浓度区分界线，即中低尘粒浓度区包络曲线；
(式3)
(式4)
式中，αmax-h、αmin-l分别为板面的最大尘粒浓度值和最小尘粒浓度值；ξ、ψ为区域划分常数，ξ/ψ越大，划分的高尘粒浓度区范围越大，低尘粒浓度区范围越小，需要防积尘粒沉积处理的区域范围就越大，弯头防积尘粒沉积的效果越好，但是防积尘粒沉积处理材料的增加产生的管道阻力会增大，费用也会相应增加。经过试验验证，选取1≤ξ≤2，0＜ψ≤1能够有效降低管道阻力，实现较佳的防积尘粒沉积效果。板面是指下底板4或外弧面2。
步骤5：分别在步骤4得到的各板面上的中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上取足够多(不少于200个)离散点，并获取这些离散点的坐标值；采用Levenberg-Marquardt算法对中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合，得到原始拟合曲线方程，然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行处理，得到中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线对应的拟合曲线方程。
从包络曲线上的点的坐标值可以看出，包络曲线上数值变化幅度不确定，参数量较多，采用优化计算领域中常用的各类迭代法时，参数初始值设定繁琐且计算难以收敛，无法求得正确结果，发明人进行了大量试验验证，发现采用Levenberg-Marquardt+通用全局优化算法，能够从任一随机初始值开始都能求得正确结果，进而能够得出各包络曲线对应的高精度、低残差的拟合曲线方程。
步骤6：将步骤5得到每个板面的每条拟合曲线方程作为板面上各尘粒浓度区的分界线，得到各板面的高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区。
步骤7：步骤6得到的每个板面的高尘粒浓度区采用不锈钢洁净管材，中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板。具体如下：
高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度根据式5确定，中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度根据式6确定。由式5、式6可知，同一尘粒浓度区内采用的防积尘粒沉积材料粗糙高度随着尘粒浓度大小而不同，因此，在同一尘粒浓度区的不同尘粒浓度区段计算得到的防积尘粒沉积材料粗糙高度为一个或多个。
(式5)
(式6)
式中，Hh为高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度，mm；Hm为中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度，mm；K为90°矩形弯管当量粗糙高度，mm；αmax-h为板面的最大尘粒浓度值；αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；αm-l为划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值；γ1、γ2分别为高尘粒浓度力区、中尘粒浓度区粗糙高度常数系数，当式5,6中INT函数值为1的时候取γ1，γ2＝0.5，当式5,6中INT函数值不为1的时候取γ1，γ2＝1；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
根据计算得到的各板面的各尘粒浓度区内需要采用防积尘粒沉积材料的粗糙高度，在在高尘粒浓度区域采用不锈钢洁净管材，在中尘粒浓度区域采用镀锌薄钢板，在同一尘粒浓度区内根据防积尘粒沉积材料的不同粗糙高度进行抛光，能够进一步降低管道阻力以及材料费用。
实施例1
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
遵从上述技术方案，本实施例中的90°矩形弯头的入口和出口的截面均为320mm×250mm，上顶板、下底板、内弧面和外弧面的材料为钢板，粗糙高度均为K＝0.15mm，内弧面半径为320mm，外弧面半径为640mm，在90°矩形弯头入口前端接有2m长的直管段，出口后端接有2m长的直管段。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中风管主管段风速为5～6.5m/s，最大不超过8m/s的要求，入口前端直管段入口风速取为6m/s。
采用如下步骤对上述90°矩形弯头进行防积尘处理：
步骤1：对于90°矩形弯头，采用基于压力基求解的RNG k-ε湍流模型并结合simple算法求解空气和尘粒混合流动的两相流的连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组，确定90°矩形弯头稳态湍流混合物速度场U(x,y,z)。
步骤2：根据步骤1得到的90°矩形弯头稳态湍流速度场U(x,y,z),求得尘粒的滑移速度vdr,p。
步骤3：根据步骤1得到的90°矩形弯头稳态湍流速度场U(x,y,z)和步骤2所求解的滑移速度vdr,p,代入式2所示的尘粒组分体积分数方程，对式2进行一阶迎风格式离散化，并利用高斯-赛德尔迭代进行求解，得到第二相尘粒的组分体积分数αp(x,y,z)，从而得到外弧面与下底板的尘粒浓度范围，如图4所示。
步骤4：取α＝β＝1，利用式3得到外弧面与下底板的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m分别为：0.0121，0.0123；利用式4得到外弧面与下底板的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l分别为0.01，0.0103。将αh-m在板面上对应的曲线作为板面的高尘粒浓度区和中尘粒浓度区分界线，即高中尘粒浓度区包络曲线；将αm-l在板面上对应的曲线作为板面的中尘粒浓度区和低尘粒浓度区分界线，即中低尘粒浓度区包络曲线，如图5，6所示。
步骤5：分别在步骤4得到的各板面上的中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上取200个离散点，并获取这些离散点的坐标值；采用Levenberg-Marquardt算法对中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合，得到原始拟合曲线方程；然后用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行不依赖初值的智能优化，得到相关系数大于0.99的中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线对应的拟合曲线方程。
得到各板面上中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线对应的拟合曲线方程，见表1。下底板高尘粒浓度区区域包络曲线方程为1，中尘粒浓度区区域包络曲线方程为2；外弧面高尘粒浓度区区域包络曲线方程为3，外弧面中尘粒浓度区区域包络曲线方程为4。
表1包络曲线对应的拟合曲线方程
(x*和y*为无量纲坐标，其中r为弯头半径)
步骤6：将步骤5得到每个板面的每条拟合曲线方程作为板面上各尘粒浓度区的分界线，得到各板面的高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区。
步骤7：在步骤6得到的每个板面的高尘粒浓度区使用不锈钢洁净管材，在中尘粒浓度区使用镀锌薄钢板。具体如下：
根据式5，分别计算外弧面和下底板的高尘粒浓度区内防积尘粒沉积材料粗糙高度(见表2)；可见，在外弧面和下底板的高尘粒浓度区内的不同区段得到的粗糙高度不同；
根据计算得到的外弧面高尘粒浓度区使用的防积尘粒沉积材料分为两种粗糙高度抛光，下底板高尘粒浓度力区使用的防积尘粒沉积材料分为两种粗糙高度抛光。
根据式6，分别计算外弧面和下底板的中尘粒浓度力区内防积尘粒沉积材料粗糙高度；根据计算得到的外弧面中噪音区内防积尘粒沉积材料粗糙高度，在外弧面的中噪音区内防积尘粒沉积材料分为三种粗糙高度抛光，下底板中噪音区内防积尘粒沉积材料分为三种粗糙高度抛光。防积尘粒沉积材料及粗糙高度值如表2。
表2各尘粒浓度区防积尘粒沉积材料及粗糙高度
例如：下底板高尘粒浓度区不锈钢洁净管材抛光的粗糙高度Hh的求取如下：
下底板的高尘粒浓度区域的为0.0123-0.0143，此时αh-m＝0.0123(αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值)，αmax-h＝0.0143(αmax-h为板面的最大尘粒浓度值)。α的取值范围就是0.0123-0.0143。K为90°矩形弯管当量粗糙高度，取K＝0.15mm。
第一步：首先取α＝0.0123代入式5可知：
因为INT是一个数值向下取整为最接近的整数的函数，
所以INT[1.6260]＝1，
因为INT[1.6260]＝1时，取γ1＝0.5
所以Hh＝γ1×K＝0.5×0.15≈0.08。
第二步：同理：依次取α＝0.0123-0.0127代入式5可知：
Hh＝γ1×K＝0.5×0.15≈0.08。
第三步：取α＝0.0127代入式5可知：
因为INT是一个数值向下取整为最接近的整数的函数，
所以INT[2.0041]＝2，
因为INT[2.0041]＝2≠1，取γ1＝1.0
所以Hh＝γ1×K×0.5＝1×0.15×0.5≈0.08。
第四步：同理：依次取α＝0.0127-0.0138代入式5可知：
Hh＝γ1×K×0.5＝1×0.15×0.5≈0.08
第五步：取α＝0.0138代入式5可知：
因为INT是一个数值向下取整为最接近的整数的函数，
所以INT[3.0438]＝3，
因为INT[3.0438]＝3≠1，取γ1＝1.0
所以Hh＝γ1×K×0.33＝1×0.15×3-1＝0.05。
取α＝0.0143代入式5可知：
所以计算出：Hh在下底板高尘粒浓度区域(0.0123-0.0143)中的0.0123-0.0138区域时，Hh＝0.08mm。
Hh在下底板高尘粒浓度区域(0.0123-0.0143)中的0.0138-0.0143区域时，Hh＝0.05mm。
所以计算出同一尘粒浓度区内的不同尘粒浓度区段抛光的防积尘粒沉积材料粗糙高度可以不同。
经本发明的上述方法进行防积尘粒沉积处理后的工业通风用洁净弯头的尘粒浓度场分布如图7和8。经比较，本发明的工业通风用洁净弯头的防积尘粒沉积效果明显，最高将高尘粒浓度区域的尘粒浓度由0.0143减小到0.00615，降低了57％，将中尘粒浓度区域的尘粒浓度由0.0123减小到0.00603，降低了51％。与此同时，变粗糙高度的方法有效降低了防积尘粒沉积材料的抛光工程量及其产生的管道阻力，降低了初投资成本。

Claims (10)

1.一种90°矩形防积尘弯头，包括上顶板、下底板、外弧面和内弧面；上顶板、下底板、外弧面和内弧面作为四个面合围得到一个1/4圆的弧形管；上顶板与下底板相同；其特征在于，所述下底板和外弧面都被划分为高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区；所述高尘粒浓度区使用不同粗糙高度的防积尘材料；所述中尘粒浓度区也使用不同粗糙高度的防积尘材料。
2.如权利要求1所述的90°矩形防积尘弯头，其特征在于，所述高尘粒浓度区使用的防积尘材料为不锈钢洁净管材。
3.如权利要求1或2所述的90°矩形防积尘弯头，其特征在于，利用下式计算防积尘材料的粗糙高度：
式中，Hh为高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度，mm；K为90°矩形弯管当量粗糙高度，mm；αmax-h为板面的最大尘粒浓度值；板面是指下底板或外弧面；αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值；γ1为高尘粒浓度区的粗糙高度常数系数，当INT函数值为1时取γ1＝0.5，当INT函数值不为1时取γ1＝1；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
4.如权利要求1所述的90°矩形防积尘弯头，其特征在于，所述中尘粒浓度区使用的防积尘材料为镀锌薄钢板。
5.如权利要求1或4所述的90°矩形防积尘弯头，其特征在于，利用下式计算防积尘材料的粗糙高度：
式中，Hm为中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度，mm；K为90°矩形弯管当量粗糙高度，mm；αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；αm-l为划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值；γ2为中尘粒浓度区粗糙高度常数系数，当INT函数值为1时取γ2＝0.5，当INT函数值不为1时取γ2＝1；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
6.一种对90°矩形弯头的防积尘粒沉积处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对于90°矩形弯头，求解空气和尘粒混合流动的两相流的连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组，确定90°矩形弯头稳态湍流混合物速度场U(x,y,z)；
步骤2：根据步骤1得到的90°矩形弯头稳态湍流混合物速度场U(x,y,z),求得尘粒的滑移速度vdr,p；
步骤3：根据步骤1得到的90°矩形弯头稳态湍流混合物速度场U(x,y,z)和步骤2求解的尘粒的滑移速度vdr,p，代入式2所示的尘粒组分体积分数方程，对式2进行一阶迎风格式离散化，并利用高斯-赛德尔迭代进行求解，得到第二相即尘粒的体积浓度αp(x,y,z)，从而得到外弧面与下底板各自的尘粒浓度范围；
式中，ρp为尘粒密度，m3/kg；t为时间，s；vdr,p为尘粒的滑移速度，m/s；Δmq为质量流量，kg/s；
步骤4：根据步骤3得到的外弧面与下底板的尘粒浓度范围，分别计算得到各个板面的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m；板面是指下底板或外弧面；同时计算得到各个板面的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l；将αh-m在板面上对应的曲线作为板面的高中尘粒浓度区包络曲线；将αm-l在板面上对应的曲线作为板面的中低尘粒浓度区包络曲线；
步骤5：分别在步骤4得到的各板面上的中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上取多个离散点，并获取这些离散点的坐标值；对中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合，得到原始拟合曲线方程，然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行处理，得到中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线对应的拟合曲线方程；
步骤6：将步骤5得到每个板面的每条拟合曲线方程作为板面上各尘粒浓度区的分界线，得到各板面的高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区；
步骤7：在步骤6得到的每个板面的高尘粒浓度区采用不锈钢洁净管材，在中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板；计算各板面的高尘粒浓度区以及中尘粒浓度区使用的防积尘材料的粗糙高度；根据防积尘材料的粗糙高度对防积尘材料的相应区域进行抛光。
7.如权利要求6所述的对90°矩形弯头的防积尘粒沉积处理方法，其特征在于，所述步骤2中，利用式1计算滑移速度vdr,p：
式中，vdr,p为尘粒的滑移速度，m/sρp为尘粒密度，m3/kg；ρm为混合物密度，m3/kg；dp为尘粒直径，m；fdrag为曳力函数；vq为空气速度，m/s，μq为空气动力粘性系数，m2/s。
8.如权利要求6所述的对90°矩形弯头的防积尘粒沉积处理方法，其特征在于，所述步骤4中，利用式3分别得到各个板面的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m；同时利用式4得到各个板面的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l；
式中，αmax-h、αmin-l分别为板面的最大尘粒浓度值和最小尘粒浓度值；ξ、ψ为区域划分常数。
9.如权利要求6所述的对90°矩形弯头的防积尘粒沉积处理方法，其特征在于，所述步骤7中，利用式5计算在高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度
式中，Hh为高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度，mm；K为90°矩形弯头当量粗糙高度，mm；αmax-h为板面的最大尘粒浓度值；αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值；γ1为高尘粒浓度区粗糙高度常数系数，当式5中INT函数值为1时γ1＝0.5，当式5中INT函数值不为1时，γ1＝1；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
10.如权利要求6所述的对90°矩形弯头的防积尘粒沉积处理方法，其特征在于，所述步骤7中，利用式6计算中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度：
式中，Hm为中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度，mm；K为90°矩形弯头当量粗糙高度，mm；αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；αm-l为划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的尘粒浓度阈值；α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值；γ2为中尘粒浓度区粗糙高度常数系数，当式6中INT函数值为1的时候取γ2＝0.5，当式6中INT函数值不为1的时候取γ2＝1；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
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CN2431460Y (zh) * 2000-06-26 2001-05-23 曾宪宙 一种矩形通风管道
JP2008014527A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Sharp Corp 空気調和機
CN202132645U (zh) * 2011-06-08 2012-02-01 鞍钢股份有限公司 一种防堵塞风动输灰弯头

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