CN105701067B - 防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件及防积尘方法 - Google Patents

防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件及防积尘方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105701067B
CN105701067B CN201511018739.6A CN201511018739A CN105701067B CN 105701067 B CN105701067 B CN 105701067B CN 201511018739 A CN201511018739 A CN 201511018739A CN 105701067 B CN105701067 B CN 105701067B
Authority
CN
China
Prior art keywords
particle concentration
dust particle
concentration area
area
dust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201511018739.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105701067A (zh
Inventor
李安桂
杨长青
高小攀
高然
苟立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Architecture and Technology filed Critical Xian University of Architecture and Technology
Priority to CN201511018739.6A priority Critical patent/CN105701067B/zh
Publication of CN105701067A publication Critical patent/CN105701067A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105701067B publication Critical patent/CN105701067B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • G06F17/13—Differential equations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Prevention Of Fouling (AREA)

Abstract

本发明公开了一种防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件，包括上顶板、下底板、侧板a以及侧板b；上顶板、下底板、侧板a和侧板b作为四个侧面合围得到矩形渐扩管；上顶板和下底板相同；侧板a和侧板b相同；所述下底板、侧板a以及侧板b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分别使用不同粗糙高度的防积尘材料。这种渐扩阻力构件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，降低渐扩阻力构件的造价。

Description

防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件及防积尘方法
技术领域
本发明属于工业通风领域，具体涉及一种渐扩阻力构件以及渐扩阻力构件防烟降阻的处理方法，特别是一种矩形渐扩阻力构件以及渐扩阻力构件防烟降阻的处理方法。
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，目前常用的风管渐扩阻力构件并无任何防粉尘沉积的措施。为了防止悬浮颗粒物在管道渐扩阻力构件等易积尘处的沉积，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渐扩阻力构件。但实际情况下，并非风管渐扩阻力构件所有部位都易积尘，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，造成整个风管渐扩阻力构件造价的提高。
发明内容
针对现有渐扩阻力构件的缺陷，本发明的目的在于，提供一种防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件。这种渐扩阻力构件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，降低渐扩阻力构件的造价。
为实现上述技术任务，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件，包括上顶板、下底板、侧板a以及侧板b；上顶板、下底板、侧板a和侧板b作为四个侧面合围得到矩形渐扩管；上顶板和下底板相同；侧板a和侧板b相同；所述下底板、侧板a以及侧板b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分别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，提供一种矩形渐扩阻力构件的防积尘处理方法，包括以下步骤：
步骤1：对于矩形渐扩阻力构件，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得到的矩形渐扩阻力构件稳态湍流速度场U(x,y,z),计算得到尘粒的滑移速度vdr,p；
步骤3：根据步骤1得到的矩形渐扩阻力构件稳态湍流速度场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)，从而得到下底板5、侧板a2以及侧板b7各自的的尘粒浓度范围；
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得到的下底板5、侧板a2以及侧板b7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：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；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，利用式1计算得到尘粒的滑移速度
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。
进一步的，所述步骤4中，分别利用式3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；同时利用式4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5、侧板a2以及侧板b7。
进一步的，所述步骤7中，根据式5确定高尘粒浓度区使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γ11；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，根据式6确定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，能够准确定位渐扩阻力构件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、侧板a以及侧板b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防烟降阻效果。
附图说明
图1为现有矩形渐扩阻力构件示意图；
图2为下底板防积尘处理示意图；
图3为侧板a防积尘处理示意图；
图4为侧板b防积尘处理示意图；
图5为现有矩形渐扩阻力构件内尘粒浓度场示意图；
图6为现有矩形渐扩阻力构件下底板高尘粒浓度，中尘粒浓度和低尘粒浓度区图；
图7为现有矩形渐扩阻力构件侧板a高尘粒浓度，中尘粒浓度和低尘粒浓度区图；
图8为现有矩形渐扩阻力构件侧板b高尘粒浓度，中尘粒浓度和低尘粒浓度区图；
图9为现有矩形渐扩阻力构件(a)与本发明的防烟降阻矩形渐扩阻力构件(b)下底板尘粒浓度分布对比图；
图10为现有矩形渐扩阻力构件(a)与本发明的防烟降阻矩形渐扩阻力构件防积尘弯头(b)侧板a尘粒浓度分布对比图；
图11为现有矩形渐扩阻力构件(a)与本发明的防烟降阻矩形渐扩阻力构件(b)侧板b尘粒浓度分布对比图；
图中各标号含义：1-入口；2-侧板a；3-上顶板；4-出口；5-下底板；6-法兰；7-侧板b；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--侧板a高尘粒浓度区；12-侧板a中尘粒浓度区；13-侧板a低尘粒浓度区；14--侧板b高尘粒浓度区；15-侧板b中尘粒浓度区；16-侧板b低尘粒浓度区。
具体实施方式
如图1所示，本发明的防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件的主体采用常见的矩形渐扩阻力构件，常见的矩形渐扩阻力构件包括上顶板3、下底板5、侧板a2以及侧板b7；上顶板3、下底板5、侧板a2和侧板b7作为四个侧面合围得到矩形渐扩管；上顶板3和下底板5相同；侧板a7和侧板b7相同；
为了有效防止矩形渐扩阻力构件尘粒沉积，对常见的矩形渐扩阻力构件的下底板5、侧板a2以及侧板b7分别进行防积尘粒沉积处理。由于上顶板3尘粒沉积浓度值很低，本发明中不对上顶板3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5、侧板a2以及侧板b7都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5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；侧板a2被分为高尘粒浓度区11、中尘粒浓度区12和低尘粒浓度区13。侧板b7被分为高尘粒浓度区14、中尘粒浓度区15和低尘粒浓度区16。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，高尘粒浓度区域使用不锈钢洁净管材，不锈钢洁净管材的粗糙高度：
可选的，中尘粒浓度区使用镀锌薄钢板，镀锌薄钢板的粗糙高度：
本发明还给出了对矩形渐扩阻力构件的防积尘处理方法，包括以下步骤：
步骤1：对于常见的矩形渐扩阻力构件，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得到的矩形渐扩阻力构件稳态湍流速度场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得到的矩形渐扩阻力构件稳态湍流速度场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)，从而得到下底板5、侧板a2以及侧板b7各自的的尘粒浓度范围；
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得到的下底板5、侧板a2以及侧板b7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5、侧板a2以及侧板b7。
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：
高尘粒浓度区使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，同一尘粒浓度区内使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γ1γ2＝0.5，当式5,6中INT函数值不为1的时候取γ1γ2＝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，高尘粒浓度区域使用不锈钢洁净管材，中尘粒浓度区域使用镀锌薄钢板，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，本实施例中的矩形渐扩阻力构件的入口和出口的截面分别为320mm×250mm、630mm×500mm，上顶板、下底板、侧面a和侧面b的材料为钢板，粗糙高度均为K＝0.15mm，在弯头入口前端接有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矩形渐扩阻力构件进行防积尘处理：
步骤1：对于矩形渐扩阻力构件，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得到的矩形渐扩阻力构件稳态湍流速度场U(x,y,z),代入式1，求得尘粒的滑移速度vdr,p。
步骤3：根据步骤1得到的矩形渐扩阻力构件稳态湍流速度场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即尘粒的尘粒浓度αp(x,y,z)，从而得到下底板5、侧板a2以及侧板b7的尘粒浓度范围。
步骤4：取α＝β＝1，利用式3得到下底板5、侧板a以及侧板b的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m分别为：0.012，0.011，0.011；利用式4得到下底板5、侧板a2以及侧板b7的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l分别为0.01，0.009，0.009。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。
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；板面a高尘粒浓度区区域包络曲线方程为3板面a中尘粒浓度区区域包络曲线方程为4；板面b高尘粒浓度区区域包络曲线方程为5,板面b中尘粒浓度区区域包络曲线方程为6。
表1包络曲线方程
(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采用不锈钢洁净管材，在中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板。具体如下：
根据式5，分别计算下底板5、侧板a以及侧板b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，在下底板5、侧板a以及侧板b的高尘粒浓度力区内的不同区段得到的粗糙高度不同；
根据计算得到的下底板5、侧板a以及侧板b高尘粒浓度区内防尘粒沉积材料分为两种粗糙高度抛。
根据式6，分别计算下底板5、侧板a以及侧板b的中尘粒浓度力区内防粒沉积材料粗糙高度；在侧板a以及侧板b的中噪音区内防尘粒沉积材料分为两种粗糙高度抛光，下底板中噪音区内防尘粒沉积材料分为一种粗糙高度抛光。防尘粒沉积材料及粗糙高度值如表2。
表2各尘粒浓度区防尘粒沉积材料及粗糙高度
例如：下底板中尘粒浓度区镀锌薄钢板抛光的粗糙高度Hm的求取如下：
下底板的中尘粒浓度区域的浓度范围为0.01-0.012，此时αh-m＝0.012(αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的声压级阈值)，αm-l＝0.01(αm-l为划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的声压级阈值)。α的取值范围就是0.01-0.012。K为弯管当量粗糙高度，取K＝0.15mm。
第一步：首先取α＝0.01代入式6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[2.0]＝2，
因为INT[2.0]≠1时，取γ2＝1.0
所以Hm＝γ2×K×2-1＝1.0×0.15×0.5≈0.08。
第二步：同理：依次取α＝0.01-0.0108代入式6可知：
Hm＝γ2×K×2-1＝1×0.15×0.5≈0.08。
第三步：取α＝0.0109代入式6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[3.08]＝3，
因为INT[3.08]＝3≠1，取γ2＝1
所以Hm＝γ2×K×3-1＝1×0.15×3-1≈0.05。
第四步：同理：依次取α＝0.0109-0.0116代入式6可知：
Hm＝γ2×K×3-1＝1×0.15×3-1≈0.05
第五步：取α＝0.0117代入式6可知：
取α＝0.012代入式6可知：
计算出：Hm在下底板中尘粒浓度区域(0.01-0.012)中的0.01-0.0108区域时，Hm＝0.08mm。
Hm在下底板中尘粒浓度区域(0.01-0.012)中的0.0109-0.0116区域时，Hm＝0.05mm。
Hm在下底板中尘粒浓度区域(0.01-0.012)中的0.0117-0.012区域时，Hm＝0.04mm。
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是不同的。
经本发明的上述方法进行防尘粒沉积处理后的工业通风用矩形渐扩阻力构件的尘粒浓度场分布如图6、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0.0134减小到0.057，降低了57％，将中尘粒浓度区域的尘粒浓度由0.012减小到0.0588，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)

1.一种防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件，包括上顶板、下底板、侧板a以及侧板b；上顶板、下底板、侧板a和侧板b作为四个侧面合围得到矩形渐扩管；上顶板和下底板相同；侧板a和侧板b相同；其特征在于，所述下底板、侧板a以及侧板b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分别使用不同粗糙高度的防积尘材料。
2.如权利要求1所述的防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件，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所述的防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件，其特征在于，利用下式计算高尘粒浓度区的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为矩形渐扩阻力构件当量粗糙高度，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；板面是指下底板、侧板a以及侧板b。
4.如权利要求1所述的防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件，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所述的防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件，其特征在于，利用下式计算中尘粒浓度区的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为构件当量粗糙高度，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。
6.一种矩形渐扩阻力构件的防积尘处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对于矩形渐扩阻力构件，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，确定矩形渐扩阻力构件稳态湍流速度场U(x,y,z)；
步骤2：根据步骤1得到的矩形渐扩阻力构件稳态湍流速度场U(x,y,z),计算得到尘粒的滑移速度vdr,p；
步骤3：根据步骤1得到的矩形渐扩阻力构件稳态湍流速度场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)，从而得到下底板5、侧板a2以及侧板b7各自的的尘粒浓度范围；
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得到的下底板5、侧板a2以及侧板b7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；板面是指下底板、侧板a以及侧板b；
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：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；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所述的矩形渐扩阻力构件的防积尘处理方法，其特征在于，利用式1计算得到尘粒的滑移速度vdr,p：
式中，vdr,p为尘粒的滑移速度，m/s，ρp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。
8.如权利要求6所述的矩形渐扩阻力构件的防积尘处理方法，其特征在于，所述步骤4中，分别利用式3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；同时利用式4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所述的矩形渐扩阻力构件的防积尘处理方法，其特征在于，所述步骤7中，根据式5确定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为矩形渐扩阻力构件当量粗糙高度，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γ11；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所述的矩形渐扩阻力构件的防积尘处理方法，其特征在于，所述步骤7中，根据式6确定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为构件当量粗糙高度，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。
CN201511018739.6A 2015-12-29 2015-12-29 防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件及防积尘方法 Active CN105701067B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511018739.6A CN105701067B (zh) 2015-12-29 2015-12-29 防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件及防积尘方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511018739.6A CN105701067B (zh) 2015-12-29 2015-12-29 防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件及防积尘方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105701067A CN105701067A (zh) 2016-06-22
CN105701067B true CN105701067B (zh) 2018-07-10

Family

ID=56225964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201511018739.6A Active CN105701067B (zh) 2015-12-29 2015-12-29 防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件及防积尘方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105701067B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4354066A1 (en) * 2022-10-14 2024-04-17 BDR Thermea Group B.V. Air guiding duct

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101225988A (zh) * 2008-01-21 2008-07-23 西安建筑科技大学 竖壁贴附射流空气湖模式通风系统
CN101813224A (zh) * 2010-05-25 2010-08-25 西安建筑科技大学 低阻力方形渐扩变径构件
CN105135586A (zh) * 2015-08-31 2015-12-09 西安建筑科技大学 一种形成空气池气流组织的通风装置及其控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101225988A (zh) * 2008-01-21 2008-07-23 西安建筑科技大学 竖壁贴附射流空气湖模式通风系统
CN101813224A (zh) * 2010-05-25 2010-08-25 西安建筑科技大学 低阻力方形渐扩变径构件
CN105135586A (zh) * 2015-08-31 2015-12-09 西安建筑科技大学 一种形成空气池气流组织的通风装置及其控制方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Airflow characteristics by air curtain jets in full-scale room;Hai guo yin等;《journal of central south university》;20120303;第19卷(第3期);第675-681页 *
Scaling model study of the air distribution in a powerhouse under different ventilation conditions;Pengfei Tao等;《buliding simulation》;20131017;第7卷(第4期);第389-400页 *
水电工程地下高大厂房通风空调气流组织及缩尺模型试验进展;李安桂等;《暖通空调》;20150201;第45卷(第2期);第1-9页 *
矩形通风空调管道内尘粒沉降速度的预测;谷长城;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》;20060915(第09期);C038-309 *
空调系统通风管道尘粒沉降与沉积的影响因素;胡永梅等;《建筑热能通风空调》;20080630;第27卷(第3期);第22-25页 *
通风空调管道内灰尘沉积的研究进展;张金萍等;《暖通空调》;20080215;第38卷(第2期);第22-30页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105701067A (zh) 2016-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN203075794U (zh) 一种喷淋式霾尘空气净化器
CN201906534U (zh) 用于化学气相淀积工艺的真空除尘系统
CN205517023U (zh) 一种防腐湿式除尘器
CN105701067B (zh) 防烟型低阻力工业通风矩形渐扩阻力构件及防积尘方法
Chen et al. Near fields of annular slotted hoods measured via 2D-PIV
Jing et al. An anti-channeling flue tee with cycloidal guide vanes based on variational calculus
CN103071351A (zh) 一种喷淋式霾尘空气净化器
Zhang et al. Effects of expanding zone parameters of vacuum dust suction mouth on flow simulation results
CN105673978B (zh) 一种90°矩形防积尘弯头及弯头的防积尘处理方法
CN105650388B (zh) 防火排烟型可变十字分流调节四通装置及防积尘处理方法
CN105570592B (zh) 一种u型管道弯头的防积尘处理方法
CN105546798B (zh) 防沉积型通风气力输送管道燕尾三通及防积尘处理方法
CN209588241U (zh) 一种洁净车间的正压除尘系统
CN107062378B (zh) 近壁热源用节能除尘装置
CN106422614B (zh) 一种均匀送风的滤筒除尘器
CN108049667B (zh) 风力下沉式除尘环保自调温厂房
CN207591507U (zh) 一种水雾除尘系统
CN204275747U (zh) 锅炉用具有防爆功能的烟尘处理装置
CN104588214B (zh) 电除尘器出口流量获取方法及装置、除尘量获取方法及装置
CN114440385A (zh) 一种空气净化器转速控制方法
CN203899361U (zh) 一种利用蒸汽脱除烟气中的微细颗粒物的装置
CN206508680U (zh) 布袋除尘器的导流装置
CN106422610B (zh) 一种除尘装置
CN205841333U (zh) Efu超薄设备风机过滤单元
CN208893866U (zh) 一种环保型旋流喷淋塔

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant