CN200965330Y - 超远程射流喷口 - Google Patents

Abstract

一种超远程射流喷口，属于建筑工程中的空调工程领域。目前，建筑工程中的空调系统中采用的送风喷口初始紊流强度值大，射流系数a也大，导致射流扩展角增大，射流核心区缩短。本实用新型一种超远程射流喷口，其特征在于，喷口筒体内设置一与喷口筒体同轴的纺锤体，并且该纺锤体的最大径与筒口位于同一截面。超远程射流喷口因结构的创新，使喷口紊流系数降低、扩展角减小、在同一出风口截面积下、同一出风风量(即同出风风速)下，其射流射程比目前的送风喷口的射程要长。适用于大空间建筑节能，可降低建筑设备投资并节省空调系统运行费用。

Description

超远程射流喷口

技术领域

一种超远程射流喷口，属于建筑工程中的空调工程领域。

背景技术

目前空调系统中大量采用送风喷口(又称送风口、风口等)将冷、热空气送出，以保证空调房间内有一适宜的空气温湿度。送风喷口的形式有许多种，而其送出的气流最远的送风喷口，又属妥斯兄弟责任有限公司(TROX)与开斯拓空调系统技术集团公司(KST)在国内所销售的球形喷口的射程最远。下面给出样本中可说明问题的部分数据：

      妥斯TROX送风喷口      Vs＝0.25m/s

规格		1	2	3	4	5	平均
								100	L(m3/h)	93	187	280	374	468
Do＝50mm	Vo(m/s)	13.17	26.46	39.61	52.91	66.21
								Do喷口直径	S(m)	10	20	30	40	50
	a紊流系数	0.1257	0.1266	0.1265	0.1268	0.1270	0.1265
									θ扩展角						23.27°
125	L(m3/h)	122	244	367	489	612
								Do＝64mm	Vo(m/s)	10.53	21.01	31.7	42.2	52.8
	S(m)	10	20	30	40	50
									a紊流系数	0.1281	0.1291	0.1295	0.1294	0.1296	0.1291
	θ扩展角						23.70°
								160	L(m3/h)	165	331	496	662	828
Do＝82mm	Vo(m/s)	8.68	17.41	26.09	34.82	43.55
									S(m)	10	20	30	40	50
	a紊流系数	0.1355	0.1365	0.1365	0.1368	0.1369	0.1364
									θ扩展角						24.88°
200	L(m3/h)	219	435	655	871	1094
								Do＝108mm	Vo(m/s)	6.64	13.19	19.86	26.41	33.17

	S(m)	10	20	30	40	50
									a紊流系数	0.1361	0.1360	0.1368	0.1365	0.1372	0.1365
	θ扩展角						24.90°

表中数据除表中紊流系数a、θ值为本发明人核算所得外，其余均由该公司样本提供。

开斯拓KST送风喷口                   Vs＝0.50m/s

规格		1	2	3	4	5	平均
								100	L(m3/h)	50	80	100	120	140
Do＝50mm	Vo(m/s)	7.07	11.31	14.14	16.97	19.8
									S(m)	3	4	6	8	10
	a紊流系数	0.1107	0.1339	0.1119	0.1009	0.0943	0.1103
									θ扩展角						20.56°
125	L(m3/h)	80	120	160	200	240
								Do＝64mm	Vo(m/s)	6.91	10.36	13.82	17.27	20.72
	S(m)	3	5	7	10	14
									a紊流系数	0.1384	0.16796	0.11997	0.1052	0.093	0.1252
	θ扩展角						23.06°
								160	L(m3/h)	140	200	260	320	380
Do＝82mm	Vo(m/s)	7.74	11.05	14.37	17.68	21.00
									S(m)	4	6	8	12	16
	a紊流系数	0.1462	0.1430	0.1399	0.1150	0.106	0.1300
									θ扩展角						23.85°
200	L(m3/h)	250	350	450	550	650
								Do＝108mm	Vo(m/s)	7.58	10.61	13.64	16.68	19.71
	S(m)	4	6	9	14	20
									a紊流系数	0.1926	0.1807	0.1554	0.1224	0.1014	0.1505
	θ扩展角						27.10°

表中数据除紊流系数a、θ值为本发明人核算所得外，其余均由该公司样本提供。

注：a值计算可由下述(1)式推导得到；θ值计算可由下述(3)式计算得到。

妥斯TROX送风喷口的结构图见附图1，下面给出其主要尺寸表：

              DUK-F型喷口主要尺寸

规格	D1	D2	D5	L1
					100	136	115	50	94
125	159	138	64	112
					160	225	201	82	122
200	265	241	108	153
					250	315	291	136	187
315	400	376	174	224
					400	485	461	230	287

送风喷口的工作原理为：

根据流体力学中给出的空气等温圆射流的基本公式：

Vs/Vo＝0.48/(aS/Do+0.145)         (1)

式中：

a送风喷口紊流系数；

S送风喷口出口断面轴心点到S处的射流轴心的距离m；

Do送风喷口出口断面的直径；

Vs送风喷口出口断面到S距离处的射流轴心的射流轴心速度m/s；

Vo送风喷口出口断面上的平均流速m/s。

等温圆射流射流全扩展角为θ，半扩展角为α，α＝θ/2。

由(1)式可推出射流射程S：

S＝0.48 Do Vo/a Vs-0.145 Do/a         (2)

从(2)式可见：对同Do、同Vo、同Vs时，射程S的大小仅与送风喷口的紊流系数a有关；

空调工程中对射流末端的Vs经常取0.25m/s或0.5m/s。

由有关大量射流原理的著作中又知：“在轴对称的等温圆射流公式中都有紊流系数a要用实验决定的，此系数与射流流出喷口时初速度沿截面分布情况有关，也与射流出口截面上的初始紊流强度(εo)有关，……初始紊流强度越大，表明射流在喷口嘴前已紊化，不很安静，具有很大的与周围介质的混合能力。可见，初始紊流强度值大，射流的a也越大，导致射流的扩展角增大，射流核心区的锥角也变大，射流核心区缩短，即射流核心区消蚀得快；表明射流基本段各截面轴心速度Vs沿x轴下降得也快”；又指出“要想增大射程，可以提高出口速度Vo或减小紊流系数a”。

所以，要想得到比目前射程更远的新型送风喷口，其研究的可行的方案是：

a.找到一种合适的几何形状及喷口结构，就可能使喷口紊流系数a值低于目前人们已知的最低值(既为已知的喷射最远的喷口紊流系数a值)。

b.其研究方法为，只能通过实验测定出新型喷口射流的a、θ值，与现有的喷口的a、θ值比较，即可判断其优劣。

现列出文献中给出的喷口紊流系数a值如下表：

带平滑缩口的喷口  0.066-0.07；   圆柱形风口  0.080；

球型风口          0.08-0.09；    圆形风口    0.09；

短方形风口        0.10；         旋转送风口  0.20。

由上述可知，前人大量的研究与实验表明：“管(喷)咀出口处的初始速度分布状况对系数a影响较大。如速度分布是均匀的，则系数a＝0.066(注：目前最好的，即射程最远的喷口)，当速度场不太均匀，中间速度高于平均发展速度10％，则系数a＝0.07。速度场更不均匀，中心速度超过平均速度25％，则此系数更大，a＝0.076”。

扩展角θ的计算式：

tanθ/2＝3.4*a            (3)

又：θ/2＝α

所以目前最好的喷口在a＝0.066时，可得θ＝12.65°*2＝25.3°。

对现有文献给出的喷口紊流系数a值表，由(3)式计算出所对应的扩展角θ如下：

1.带平滑缩口的喷口   θ＝25.3°--26.77°

2.圆柱型风口         θ＝30.43°

3.球型风口           θ＝30.43°--34.03°

4.圆型风口           θ＝34.03°

5.短方型风口         θ＝37.56°

6.旋转送风口         θ＝68.43°

而在工程中，所应用的实际产品是难达到实验装置在实验室这样理想的状况下，所得到的理想测定值。可见，实际主上最好的产品，它的a、θ值是远高于带平滑缩口的喷口的a、θ值。

所以，研究出a值更小、扩展角θ更小的送风喷口，使其射程更远，在建筑空调设备上节能及降低初投资是一件有意义的工作。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种a值更小、扩展角θ更小的送风喷口，使其射程更远，以提高建筑节能水平、降低投资。

一种超远程射流喷口，其特征在于，喷口筒体内设置一与喷口筒体同轴的纺锤体，并且该纺锤体的最大径与筒口位于同一截面。

为了加工上的方便，所述的纺锤体由与喷口筒体同轴、底面相对且重合的外锥1和内锥2组成，并且圆锥的底面与与筒口位于同一截面。

喷出气流由筒体与锥体之间的圆环状管口送出。因喷口增加了内部物，其截面积与直径应取等面积径，即Dod＝Do。所以，“超远程射流喷口”与目前的送风喷口的比较是建立在同截面积、同风量、同喷口出风风速下的射程的比较，故则有下式：

    πDy²/4-πDn²/4＝πDod²/4

得：Dod＝(Dy²-Dn²)^1/2

式中：Dod为超远程射流喷口的等面积径；Dy、Dn见附图说明中图3。

所述的超远程射流喷口结构尺寸比例为：

Dy＝(1.2--1.5)Do；Dn＝(0.5--0.8)Dy；

A＝(0.2--1.0)Dy；B＝(0.5--1.0)Dy；C＝(0.1-2.5)A。

所述的超远程射流喷口可以与送风管、空气处理机或与风机组合。

支撑板3放在喷口筒体内用于支撑所述的纺锤体。

超远程射流喷口因出口风流位置的变化，出口处射流气流的流动方式变化，使送风喷口紊流系数a值低于目前人们已知的最低值(既目前人们已知的喷射的最远的送风喷口)；射流核心区，既初始段风速分布变化后使其射流的扩展角减小，使射程S更长。

超远程射流喷口的紊流系数a值为0.06，射流的扩展角θ为22°，小于a值为0.066时的25.3°的扩展角，故它的射程大于现有的送风喷口射程。

本实用新型的有益效果是：

超远程射流喷口因结构的创新，使喷口紊流系数降低、扩展角减小、在相同出风口截面积下、同出风风速下(即同风量下)，其射流射程比目前的送风喷口的射程要长。

附图说明

图1 妥斯TROX送风喷口的结构图；

图2 等温圆射流结构示意图

图中Do为送风出口断面的直径，S为送风喷口出口断面轴心点到S处的射流轴心的距离，α为半扩展角，CS为初始段，JB为基本段；

图3本实用新型远程射流喷口结构示意图；

图中Dy为喷口外径，Dn为喷口内径，Dyy为喷口进风口外径，h为喷口外径和内径之间的出风间隙，A为喷口内锥在喷口内的长度，B为喷口外锥在口外的长度，C为弧线进风口的长度，R为弧线进风口的曲率半径，但它也可以为其它曲线的进口形状；

图4本实用新型远程射流喷口结构的前视图；

图中1、外锥，2、内锥，3、支撑板，4、喷口出风口的外筒，5、喷口进风口的外弧线形进风筒。

具体实施方式：

根据超远程射流喷口出口发烟实拍照片可见其扩散角很小。

其扩散角很小，这是因为在气流出口后因锥体的形状之故，射流出口后发生一段平直或有稍微的收缩的有趣现象，而不是如现有的送风喷口立刻就扩展，故其扩展角小于现所有的送风喷口，故射程也更长。

研究数据：

流量系数a的测定采用两种方法，一为常用的测新型喷口喷出的射流的有关参数；二是采用发烟实验，经拍照后对照片进行分析计算，以两种方法对比与验证。其中并取不同的尺寸，以求更大的包涵相关内容。

紊流量系数a的测定：

测试对比同一外径下不同的内锥尺寸下、及在同一射程、同一风量下的a值，下面给出部分测试数据。

Dn(mm)Dy(mm)	Dn＝65.0Dy＝80.0	Dn＝55.0Dy＝80.0	Dn＝30.0Dy＝80.0
				计算喷口出风的实际面积(m2)	0017	0.0026	0.0043
折算Dod(mm)	46.6	58.0	74.0
				计算喷口实际的风速Vo(m/s)	13.21	8.51	5.22
Vx测次1	1.84	1.75	1.11
				2	1.89	1.73	1.07
3	1.87	1.68	1.04
				4	1.85	1.55	1.05
5	1.93	1.58	1.17
				6	1.84	1.67	1.09
7	1.78	1.89	1.22
				8	1.91	1.58	1.24
9	1.90	1.60	1.22
				10	1.91	1.64	1.24
平均Vx	1.86	1.63	1.19
				a流量系数计算值	0.06	0.055	0.058
计算扩展角值θ	23.1°	21.2°	22.3°

可见，数值都比现有的数值要好，最好的a值为0.055，θ值为21.2°。

扩展角值θ的测定：

1.发烟法  经对众多张发烟的实拍照片的射流扩展角的计算，现给出部分计算结果数据。

喷口当量直径30mm。

	1	2	3	4
					扩展角值θ	22.3°	21.64°	22.00°	21.48°
由θ计算的a	0.058	0.056	0.057	0.056

平均扩展角值θ为21.855°；平均紊流系数a为0.05675。

2.射流的扩展角实测：

喷口等面积径Dod＝108mm(即与Do＝108mm的常规喷口的出风口截面积相等)。

距射流边界1米处测得射流外室内各点微风风速均为0.15m/s，故取为射流的边界值；因射流的轴心位置极易受室内气流流动的多种影响干扰而变动位置，又因热球风速仪本身的读数波动，再加上热球风速仪在小量程，小读数下误差相对加大等问题，本实验采用对射流采用近距离、大风速下的方法进行，即不测定射流的Vs值在0.25m/s或0.5m/s处进行，取得很好的实验效果。

此实验采用的超远程射流喷口尺寸为：Dn＝112.0mm，Dy＝140.0mm，其等面积径为Dod＝108mm，

此测定仅测射流的边界。在射流出口1000mm处测得边界到射流轴心(o-x)距离为268mm，故可容易得到：

[268-(140/2)]/1000＝0.192

tanα-1＝10.87°；则θ＝2α＝21.74°。

并可容易得到：

a＝tan10.87°/3.4＝0.05648.

两种方法的结果证明，其方法是可行、结果可信。

3.喷口阻力系数ζ的测定方法为风管法，即在风管出口处装上超远程射流喷口，用比托管测定风管内的全压、动压、静压，计算出管内风速，在测得风管直径后，计算得出通过的风量。因通过超远程射流喷口的风量和通过风管相等，故可得到超远程射流喷口的出风风速。利用柏诺里方程：

Pq₁＝Pd₁+Pj₁＝Pd₂+Pj₂+Z               (4)

式中：Pq₁为风管内全压(Pa)；Pd₁为风管内动压(Pa)；Pj₁为风管内静压(Pa)；Pd₂为喷口出口动压(Pa)；Pj₂为喷口出口静压(Pa)；Z为喷口出风时的阻力损失(Pa)。

Z＝ζ*(ρVod²/2)                      (5)

式中：ζ阻力系数；ρ空气密度kg/m³；Vod超远程射流喷口的出口风速m/s。经实际测定，在Vod＝7.8m/s时，ζ＝0.3。

4噪声：因无消声室，仅发现加装本喷口的风机，开机后人耳未感到和不加装本喷口时风机开机时的噪声有和变化。故仅可给出不会很大的初步印象。综上给出：

超远程射流喷口的紊流系数a为0.057；

超远程射流喷口的射流扩展角θ为22°；

超远程射流喷口喷口阻力系数ζ为0.3。

可以看出超远程射流喷口因结构的创新，使喷口紊流系数降低、扩展角减小、在同一出风口截面积下、同一出风风量(即同出风风速)下，其射流射程比目前的送风喷口的射程要长。

a.采用“超远程射流喷口”特别适用于大空间，及希望降低一次投资，节省空调系统运行费用；

b.室内上部空间不允许安装风管、安装风管困难、或想室内最好不安装等情况时；建筑物室内为高大空间，冬季热风供暖时，因送入的热空气的空气密度比室内的空气密度小，至使热风难以下送的场合采用“超远程射流喷口”或与空调机组结合形成一个比目前的此型机组射程更远的新机组，将对我国在节能与降低建筑设备及建投资都会带来效益；

c.采用远射性能优越的“超远程射流喷口”，可以使冷、热风送到更远的距离，“超远程射流喷口”可以水平送风，也可垂直向下送风。特别适合高大空间，尤其是大面积车间的暖风下送；

d.采用射流性能优越的“超远程射流喷口与风机组合成送风机箱，可用于地下车库的室内送风，其输送的距离更远，从而减免大量的风管，并布置的送风机少。

e.因“超远程射流喷口”的结构简单，加工容易，免除现有的喷口内复杂的曲线，它可根据用户所要求的射程S、风量、射流末端风速Vs方便的计算其有关尺寸，快速加工，成本低、费用少。

“超远程射流喷口”的射流的扩展角小，故在某些场合还可实现接力式的输送，进一步的降低了造价。

Claims (4)

1.一种超远程射流喷口，其特征在于，喷口筒体内设置一与喷口筒体同轴的纺锤体，并且该纺锤体的最大径与筒口位于同一截面。

2.根据权利要求1所述的一种超远程射流喷口，其特征在于，所述的纺锤体由与喷口筒体同轴、底面相对且重合的外锥(1)和内锥(2)组成，并且圆锥的底面与与筒口位于同一截面。

3.根据权利要求1所述的一种超远程射流喷口，其特征在于，所述的超远程射流喷口结构尺寸比例为：

Dy＝(1.2--1.5)Do；Dn＝(0.5--0.8)Dy；

A＝(0.2--1.0)Dy； B＝(0.5--1.0)Dy；C＝(0.1-2.5)A；

其中Dy为喷口外径，Do为送风出口断面的等面积径，Dn为喷口内径，A为喷口内锥(2)在喷口内的长度，B为喷口外锥(1)在口外的长度，C为弧线进风口的长度。

4.根据权利要求1所述的一种超远程射流喷口，其特征在于，该远程射流喷口与送风管、空气处理机或与风机组合使用。

Images