CN107062378A - 近壁热源用节能除尘装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近壁热源用节能除尘装置，包括连接在近壁热源靠墙一侧的支撑板，支撑板与近壁热源底部平齐，且支撑板顶部高于近壁热源0.5‑2米；支撑板面向近壁热源一侧设置有沉灰斗，沉灰斗外缘紧贴近壁热源，沉灰斗中插装有与支撑板贴覆设置的集尘板，集尘板为粗糙表面，且集尘板的表面粗糙度数值随集尘板的高度发生变化，集尘板的表面粗糙度根据模拟所得热气流与壁面的温差大小确定，符合LogNormal曲线分布；位于支撑板另一侧贴墙设置的降温水箱与支撑板扣合相连。本发明结构简单，使用方便，能够避免近壁热源对其上方后墙造成的污损，同时在不额外消耗能源的情况下脱除室内悬浮颗粒，减少吸入性颗粒对人体造成的伤害。
Description
技术领域
本发明涉及除尘技术领域，尤其是涉及一种近壁热源用节能除尘装置。
背景技术
贴壁电热槽、散热器、壁灯、壁挂屏等近壁热源的上方后墙处常常会形成明显污渍，俗称“黑魔尘（Black Magic Dust）”现象。研究表明，这些污渍主要由粉尘颗粒沉积造成，其形成速度极快，消除之后在短时间内又会再次形成，且被污染的墙面、物品难以修复，因此会严重影响墙面美观、破坏室内环境，甚至污损图书档案、艺术珍品和文物古迹等，造成不可估量的损失。一些学者采用给近壁热源加罩、在近壁热源上方设置挡板、在近壁热源上设导流装置等方法来减少近壁热源后墙处粉尘颗粒的沉积，虽然在一定程度上控制或减轻了近壁热源上方的“黑魔尘”现象，但与此同时也使更多的颗粒物悬浮于室内空气中。由于空气悬浮颗粒物中含有较多小粒径的可吸入颗粒物，因此会造成人体吸入性危害。如果再购置空气净化器等进行除尘，不仅投入高，而且还需要额外消耗能源。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种近壁热源用节能除尘装置。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的近壁热源用节能除尘装置，包括连接在近壁热源靠墙一侧的支撑板，所述支撑板与近壁热源底部平齐，且支撑板顶部高于近壁热源0.5-2米；支撑板面向近壁热源一侧设置有沉灰斗，所述沉灰斗外缘紧贴近壁热源，沉灰斗中插装有与支撑板贴覆设置的集尘板，所述集尘板为粗糙表面，且集尘板的表面粗糙度数值随集尘板的高度发生变化，集尘板的表面粗糙度根据模拟所得热气流与壁面的温差大小确定，符合LogNormal曲线分布；位于支撑板另一侧贴墙设置的降温水箱与支撑板扣合相连。
所述集尘板表面粗糙度数值的确定方法，包括以下步骤：
第一步，建立一个二维坐标系，该坐标系的原点为近壁热源面向集尘板的最外沿底边的中点，正轴为垂直于此底边指向集尘板方向，正轴为垂直于此底边指向天花板方向，近壁热源面向集尘板的最外沿与集尘板表面的距离为，集尘板的高度为，此时集尘板视为表面粗糙度均一的光滑竖板；
第二步，利用FLUENT计算软件模拟近壁热源与集尘板的温度场；
第三步，在所模拟的温度场中，提取近壁热源面向集尘板的最外沿中线节点的温度值，所提取的数据中包括节点的温度值，其中：，为近壁热源面向集尘板的最外沿中线上的节点编号，取正整数；
第四步，在所模拟的温度场中，提取集尘板表面中线节点的温度值，所提取的数据中包括节点的温度值，其中：，为集尘板表面中线上的节点编号，取正整数；
第五步，以数据组作为因变量，作为自变量拟合LogNormal曲线：式中：表示坐标为高度处近壁热源面向集尘板的最外沿中线和集尘板表面中线上的温度差值，，表示圆周率，和均为常数；
第六步，将横坐标高度处的集尘板的表面粗糙度设置为80μm；
第七步，根据以下公式计算出集尘板高度处的表面粗糙度数值：，式中：表示集尘板坐标为高度处的表面粗糙度数值，为高度处近壁热源面向集尘板的最外沿中线和集尘板表面中线上的温度差值，为高度处近壁热源面向集尘板的最外沿中线和集尘板表面中线上的温度差值。
所述支撑板由铰接相连的上段、中段和下段组成，支撑板处于折叠状态时呈倒U形覆盖在近壁热源顶部，用于近壁热源在非工作状态时的表面防尘，以期保持清洁。
进一步地，所述支撑板中段的宽度大于近壁热源顶部宽度2-6厘米，使支撑板具有更好的防尘效果。
所述支撑板表面靠墙一侧一体化设置有多个高度为3-7毫米的凸台，所述降温水箱上设置有与所述凸台相配合的凹槽，使降温水箱紧密贴合在支撑板上，防止下落。
所述支撑板两侧设置有用于与近壁热源相连的挂钩。
所述沉灰斗与所述支撑板底部平齐，沉灰斗内设置有用于插装所述集尘板的插槽。
本发明结构简单，使用方便，能够避免近壁热源对其上方后墙造成的污损，同时在不额外消耗能源的情况下脱除室内悬浮颗粒，减少吸入性颗粒对人体造成的伤害。上述集尘板表面的粗糙度根据热气流与壁面间的温差大小设置，有的放矢地在热泳作用较大处（即颗粒易沉积区域）增大集尘板表面的粗糙度，有效增加颗粒沉积，提高了集尘效果；同时因有针对性地在集尘板不同区域进行不同粗糙度设置，充分避免了在整个集尘板表面设置单一性的高粗糙度，从而减小了气流流动的阻力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中A部放大图。
图3是图1中支撑板与集尘板的局部立体结构示意图。
图4是实施例中LogNormal曲线拟合图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的近壁热源用节能除尘装置，包括连接在近壁热源Q靠墙一侧的支撑板1，支撑板1一侧贴覆设置有插装在沉灰斗2中的集尘板3，另一侧扣合安装有降温水箱4。具体地，如图2、3所示，支撑板1由通过合页m、n依次铰接相连的上段1.1、中段1.2和下段1.3组成，支撑板1两侧设置有若干个与近壁热源Q相连的挂钩5，此外，支撑板1和近壁热源Q之间也可采用其他常见的连接形式。当近壁热源Q处于非工作状态时，可以将集尘板3和降温水箱4取下，将支撑板1折叠成倒U形覆盖在近壁热源Q顶部，防止灰尘落于近壁热源Q表面；为了加强防尘效果，支撑板1中段1.2的宽度大于近壁热源Q顶部宽度2-6厘米。集尘板3活动插装在沉灰斗2中，可以在拆卸后进行清洗或更换。此外，在集尘板表面还可绘制图案，作为室内装饰。上述沉灰斗2一体化设置在支撑板1靠近近壁热源Q一侧，且沉灰斗2外缘紧贴近壁热源Q设置，为了便于插装集尘板3，以及使集尘板3与支撑板1稳固地贴覆在一起，在沉灰斗2内开设有插槽；而支撑板1靠墙一侧则通过扣合结构安装有与后墙墙壁紧密贴合的降温水箱4，即本装置正好是卡在近壁热源和墙壁之间。一般地，如图2所示，在支撑板1的上段1.1和下段1.3表面均一体化成排设置有高度为3-7毫米的凸台a，降温水箱4上则设置有与上述凸台a相配合的凹槽b。上述沉灰斗2 除用于承托集尘板3外，还能够进一步收集空气中的沉积颗粒和集尘板3上散落下来的粉尘颗粒；上述降温水箱4用于冷却支撑板1和集尘板3，使热气流和集尘板3之间形成较大温差，从而增大颗粒受到的热泳力，使颗粒易于沉积在集尘板3上，对于吸入性小颗粒，脱除效果尤为明显，同时，近壁热源Q产生的热量可加速降温水箱4中水的蒸发，增加了室内空气湿润度，有利于粉尘颗粒沉积，同时改善室内干燥环境。在近壁热源不工作期间或室内湿度较大时，可把水箱拆掉不使用。上述沉灰斗2、降温水箱4、支撑板1底部均与近壁热源Q底部平齐，且集尘板3、降温水箱4和支撑板1顶部均高出近壁热源Q顶部0.5-2米，可有效阻挡颗粒沉积对近壁热源Q上方后墙造成污损；此外，集尘板3为粗糙表面，且集尘板3的表面粗糙度数值随集尘板3的高度发生变化，集尘板3的表面粗糙度根据模拟所得热气流与壁面的温差大小确定，符合LogNormal曲线分布，有的放矢地在热泳作用较大处（即颗粒易沉积区域）增大集尘板3表面的粗糙度，以便有效增加颗粒沉积，提高集尘板3的集尘效果；同时，由于对集尘板3表面粗糙度进行了分区设置，避免采用单一性的高粗糙度，从而减小了气流流动的阻力，也降低了制造成本。其中，设定集尘板3表面粗糙度的具体方法按照下述步骤进行：
第一步，建立一个二维坐标系，该坐标系的原点为近壁热源Q面向集尘板3的最外沿底边的中点，正轴为垂直于此底边指向集尘板3方向，正轴为垂直于此底边指向天花板方向，近壁热源Q面向集尘板3的最外沿与集尘板3表面的距离为，集尘板的高度为，此时集尘板3视为表面粗糙度均一的光滑竖板；
第二步，利用FLUENT计算软件模拟近壁热源Q与集尘板3的温度场；
第三步，在所模拟的温度场中，提取近壁热源Q面向集尘板3的最外沿中线节点的温度值，所提取的数据中包括节点的温度值，其中：，为近壁热源Q面向集尘板3的最外沿中线上的节点编号，取正整数；
第四步，在所模拟的温度场中，提取集尘板3表面中线节点的温度值，所提取的数据中包括节点的温度值，其中：，为集尘板3表面中线上的节点编号，取正整数；
第五步，以数据组作为因变量，作为自变量拟合LogNormal曲线：式中：表示坐标为高度处近壁热源Q面向集尘板3的最外沿中线和集尘板3表面中线上的温度差值，，表示圆周率，和均为常数（和并无具体的物理意义，仅代表4个不同的常数，其是在拟合LogNormal曲线时伴随产生，对于不同数据所拟合出的LogNormal曲线，其数值是不同的。）；
第六步，将横坐标高度处的集尘板3的表面粗糙度设置为80μm；
第七步，根据以下公式计算出集尘板3高度处的表面粗糙度数值：式中：表示集尘板3坐标为高度处的表面粗糙度数值（单位为μm），为高度处近壁热源Q面向集尘板3的最外沿中线和集尘板3表面中线上的温度差值，为高度处近壁热源Q面向集尘板3的最外沿中线和集尘板3表面中线上的温度差值。
以下结合实施例来说明集尘板3表面粗糙度的设定步骤。
实施例：
近壁热源Q为长1m、宽0.1m、高0.6m的散热器，该散热器表面温度为333K，距离后墙的距离为0.06m，其最外沿与集尘板3表面的距离为。本发明采用的节能除尘装置的支撑板1高度为2m，支撑板1中段1.2的宽度为0.12m，扣合结构中凸台a的高度为5mm。
集尘板3各部位的表面粗糙度设定按照上述方法进行计算，其中，在进行LogNormal曲线拟合时，常数和分别为0、4.79395、0.17021和0.6，拟合曲线图如图4所示。因此，该集尘板3的表面粗糙度在高度处的数值（单位：μm）为：为验证此节能除尘装置的效果，申请人对本发明进行了模拟实验：
采用离散相模型对颗粒相进行计算，共追踪5000个粒径为2.5μm的单分散球形颗粒物在长、宽、高为4m×3m×3m房间内的运动轨迹。安装此装置前，室内表面颗粒沉积数量为1981个，沉积分数为39.6%，安装此装置后，室内表面颗粒沉积数量增加至3104个，沉积分数为62.1%，可见本装置在不额外消耗能源的情况下达到了良好的除尘效果。
Claims (7)
1.一种近壁热源用节能除尘装置，其特征在于：包括连接在近壁热源靠墙一侧的支撑板（1），所述支撑板（1）与近壁热源底部平齐，且支撑板（1）顶部高于近壁热源0.5-2米；支撑板（1）面向近壁热源一侧设置有沉灰斗（2），所述沉灰斗（2）外缘紧贴近壁热源，沉灰斗（2）中插装有与支撑板（1）贴覆设置的集尘板（3），所述集尘板（3）为粗糙表面，且集尘板（3）的表面粗糙度数值随集尘板（3）的高度发生变化，集尘板（3）的表面粗糙度根据模拟所得热气流与壁面的温差大小确定，符合LogNormal曲线分布；位于支撑板（1）另一侧贴墙设置的降温水箱（4）与支撑板（1）扣合相连。
2.根据权利要求1所述的近壁热源用节能除尘装置，其特征在于：所述集尘板（3）表面粗糙度数值的确定方法，包括以下步骤：
第一步，建立一个二维坐标系，该坐标系的原点为近壁热源面向集尘板（3）的最外沿底边的中点，正轴为垂直于此底边指向集尘板（3）方向，正轴为垂直于此底边指向天花板方向，近壁热源面向集尘板（3）的最外沿与集尘板（3）表面的距离为，集尘板的高度为，此时集尘板（3）视为表面粗糙度均一的光滑竖板；
第二步，利用FLUENT计算软件模拟近壁热源与集尘板（3）的温度场；
第三步，在所模拟的温度场中，提取近壁热源面向集尘板（3）的最外沿中线节点的温度值,所提取的数据中包括节点的温度值，其中：，为近壁热源面向集尘板（3）的最外沿中线上的节点编号，取正整数；
第四步，在所模拟的温度场中，提取集尘板（3）表面中线节点的温度值,所提取的数据中包括节点的温度值，其中：，为集尘板（3）表面中线上的节点编号，取正整数；
第五步，以数据组作为因变量，作为自变量拟合LogNormal曲线：
，式中：表示坐标为高度处近壁热源面向集尘板（3）的最外沿中线和集尘板（3）表面中线上的温度差值，，表示圆周率，和均为常数；
第六步，将横坐标高度处的集尘板（3）的表面粗糙度设置为80μm；
第七步，根据以下公式计算出集尘板（3）高度处的表面粗糙度数值：
，式中：表示集尘板（3）坐标为高度处的表面粗糙度数值，为高度处近壁热源面向集尘板（3）的最外沿中线和集尘板（3）表面中线上的温度差值，为高度处近壁热源面向集尘板（3）的最外沿中线和集尘板（3）表面中线上的温度差值。
3.根据权利要求1所述的近壁热源用节能除尘装置，其特征在于：所述支撑板（1）由铰接相连的上段（1.1）、中段（1.2）和下段（1.3）组成，支撑板（1）处于折叠状态时呈倒U形覆盖在近壁热源顶部。
4.根据权利要求3所述的近壁热源用节能除尘装置，其特征在于：所述支撑板（1）中段（1.2）的宽度大于近壁热源顶部宽度2-6厘米。
5.根据权利要求1所述的近壁热源用节能除尘装置，其特征在于：所述支撑板（1）表面靠墙一侧一体化设置有多个高度为3-7毫米的凸台，所述降温水箱（4）上设置有与所述凸台相配合的凹槽。
6.根据权利要求1所述的近壁热源用节能除尘装置，其特征在于：所述支撑板（1）两侧设置有用于与近壁热源连接的挂钩（5）。
7.根据权利要求1所述的近壁热源用节能除尘装置，其特征在于：所述沉灰斗（2）与所述支撑板（1）底部平齐，沉灰斗（2）内设置有用于插装所述集尘板（3）的插槽。
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