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1、第八章,室内气流组织与风口,2,第8章 室内气流组织与风口,室内气流组织：对室内空气合理流动的组织。目的与任务：通过对室内空气流动和分布的有效控制，使室内工作区空气的温度、湿度、风速和洁净度，满足设计要求。影响因素：风口形式、尺寸、数量和位置；送风参数（送风温度与速度）；房间形体尺寸；污染源位置和性质。其中，最主要的是送风口空气射流和参数的影响。,8.1 基本要求,室内气流组织设计的任务影响空气分布的因素及最主要因素,3,8.1 风口气流流动规律,一、送风口空气流动规律送风口出流的种类：1.按流态分：层流、紊流射流2.按温度状况分：等温、非等温射流3.按是否受限分：自由射流、受限射流（空调工程
2、常见为非等温受限紊流射流。）,8.1 基本要求,名词概念：冷射流、热射流、自由射流、受限射流、贴附射流,4,8.1 风口气流流动规律,等温自由射流1.形成条件：送风口长宽比小于10；射流温度与房间空气温度相同；气流流动不受任何固体壁面限制。2.特点：射流边界与周围气体有动量、质量交换；周围空气卷入，射流流量增加，断面不断扩大；射流流速因动量交换而不断下降，直到速度为0，射流消失。,8.1 基本要求,1.等温自由射流的流动规律和特征；,5,3.发展过程：射流起始段射流轴心速度不变的一段长度；射流主体段射流轴心速度开始变化以后的长度。,8.1 风口气流流动规律,8.1 基本要求,射流起始段和主体段
3、概念；,6,4.计算射流扩散角以轴线为基准，向周边扩散的角度；射流轴心速度vx射流横断面直径dx,8.1 风口气流流动规律,8.1 基本要求,射流起始段和主体段的概念；等温自由射流的流动规律和特征；,极点,Vx,dx,7,8.1 风口气流流动规律,5.分析结论由式（8.1）可知：射程长度x 与射流出口速度v0 成正比，与紊流系数a 成反比。增大射程的措施：提高出口速度v0；或选用紊流系数a 值小的风口。,8.1 基本要求,由表8.1知：收缩极好的喷口，a=0.066；圆管，a=0.076。,射流射程长度、断面直径与射流出口速度、紊流系数之间的定性关系,8,8.1 风口气流流动规律,由扩散角计算
4、式或8.2式知：射流横断面直径与送风口紊流系数成正比。增大射流扩散范围的措施：选用紊流系数大的风口。,8.1 基本要求,由表8.1知：活动百叶风口，a=0.16。,tg=3.4a,射流射程长度、断面直径与射流出口速度、紊流系数之间的定性关系,9,8.1 风口气流流动规律,非等温自由射流射流温度与房间空气温度不同：冷射流送风温度低于室内温度；热射流送风温度高于室内温度。特点：动量和热量交换同时存在；轴心温度沿射程不断变化；重力与浮力综合作用，轴线产生弯曲：热射流：向上偏斜；冷射流：向下偏斜。,8.1 基本要求,非等温自由射流的流动规律和特征；射流出口温度与射流弯曲方向的关系,10,8.1 风口气
5、流流动规律,计算：轴心温差射流轴心与周围空气温度之差。轴心轨迹 由浮升力与惯性力之比的表征参数Ar 所确定：T0Tn时，有Ar0，热射流向上弯；T0Tn时，有Ar0，冷射流向下弯；T0Tn时，有Ar0，为等温射流。当|Ar|0.001,可近似认为其等于0。,8.1 基本要求,非等温自由射流的流动规律和特征；Ar数与送风温度、射流弯曲方向的关系,11,8.1 风口气流流动规律,受限射流射流边界扩展受到房间边壁影响的射流。当：射流受限。FS 射流断面面积；FN 房间横断面面积。,8.1 基本要求,受限射流的流动规律和特征；,12,8.1 风口气流流动规律,受限射流1.结构特征开始阶段：按自由射流特
6、性扩散，即断面积和流量逐渐增加；,8.1 基本要求,受限射流的流动规律和特征；,13,8.1 风口气流流动规律,第一临界断面：射流断面积和流量的增加开始变缓时的断面。位置在射流断面积占房间断面积的2025%处。,8.1 基本要求,受限射流的流动规律和特征；,14,8.1 风口气流流动规律,第二临界断面：射流断面积和流量达到最大时的断面。位置在射流断面积占房间断面积的4042%处。,8.1 基本要求,受限射流的流动规律和特征；,I,I,15,8.1 风口气流流动规律,出口 第一断面：自由射流；第一断面 第二断面：射流的断面积和流量仍然是逐渐增加；但增加速度变缓。,8.1 基本要求,受限射流的流动
7、规律和特征；,I,I,II,II,16,8.1 风口气流流动规律,第二断面以后：流量减小，断面逐渐收缩，直到消失。二断面以前，射流沿途卷吸周围空气；二断面之后，卷吸作用消失，射流开始逸出并回返。,8.1 基本要求,受限射流的流动规律和特征；,I,I,II,II,17,8.1 风口气流流动规律,2.射流的无因次距离a紊流系数；x计算断面距喷口的距离，m；Fn房间的断面面积，m2。射流自由度：用以考虑房间尺寸和射流尺寸的相对大小对射流的影响。,8.1 基本要求,受限射流的流动规律和特征；射流自由度,18,8.1 风口气流流动规律,第一临界断面：当 时，与自由射流相同；第二临界断面：当 后，射流空气
8、逐步改变流向，参与回流，流量、面积和动量不断减小，直到消失。,8.1 基本要求,受限射流的流动规律和特征；射流自由度,I,I,II,II,19,8.1 风口气流流动规律,3.最大回流速度 受限射流的回流区一般即是工作区。第二临界断面：控制临界断面回流速度，能保证工作区流速要求。,8.1 基本要求,受限射流的流动规律和特征；,II,工作区流速有限制,射流断面积最大，回流断面积最小，回流速度最大。,20,8.1 风口气流流动规律,4.风口位置对受限射流的影响 喷口处于房间高度的一半h=0.5H：射流特征：上下对称，呈橄榄形，回流在射流区的四周。,8.1 基本要求,受限射流的流动规律和特征；,21,
9、8.1 风口气流流动规律,喷口位于房间高度的上部h0.7H：射流特征：上部流速大，静压小，下部静压大，上下压差使气流贴附于顶棚流动。贴附射流：贴附于壁面流动的射流。,8.1 基本要求,受限射流的流动规律和特征；射流自由度,22,8.1 风口气流流动规律,贴附射流特点：单边卷吸周围空气，速度衰减慢，射程较长。对保证工作区温度、速度场均匀性和稳定性有利。风口位置影响：风口越接近顶棚，射流对顶棚的贴附力越大。贴附长度与Ar的关系(冷射流)|Ar|值越小，贴附长度越长；|Ar|值越大，射程越短。,8.1 基本要求,受限射流的流动规律和特征；射流自由度贴附射流的特点；Ar及风口位置与贴附长度的关系,23
10、,8.1 风口气流流动规律,二、回风口的气流流动回风口气流流动形式 汇流特点：任意两点间流速与距汇点距离平方成反比。回风口气流流动规律符合汇流规律。,8.1 基本要求,回风口气流流动规律和特征；,回风口对房间气流分布的影响随离汇点的距离增加，流速呈二次方衰减。吸风所影响的区域范围很小。例如：vx/v0=50%，x0.22d0,24,8.2 风口与气流组织形式,一、风口形式侧送风口在房间内横向送出气流。最常见的是百叶风口，百叶活动可调，既能调节风量，也能调送风方向。格栅送风口和条缝送风口用于一般空调工程。散流器安装在顶棚上的送风口，自上而下送出气流。流型有平送流型（贴附射流）和下送流型。,8.2
11、 基本要求,常用送风口种类气流分布的基本形式,25,8.2 风口与气流组织形式,孔板送风口送风均匀，气流速度衰减快。最适用于要求工作区气流均匀，区域温差小的房间，如高精度恒温室与平行流洁净室。喷射式送风口 渐缩圆锥台形短管。风口无叶片阻力，噪声低。紊流系数小，射程长。适用于大空间公共建筑，如体育馆、影剧院等。,8.2 基本要求,常用送风口种类气流分布的基本形式,26,8.2 风口与气流组织形式,二、常用风口图式百叶风口 双层百叶 单层百叶散流器 圆形 矩形 方形,8.2 基本要求,常用送风口种类气流分布的基本形式,27,8.2 风口与气流组织形式,条形、格栅风口格栅式 条形旋流风口,8.2 基
12、本要求,常用送风口种类气流分布的基本形式,28,8.2 风口与气流组织形式,三、气流组织形式影响要素：送风口形式；送、回风口布置形式。上送下回房间上部送入空气，由下部排出。若采用侧送侧回，以贴附射流为佳：送风口尽量贴顶，顶棚应平整，不应当有阻挡物件。上送上回 当房间下部不能布置回风口或回风管时可采用。尽量降低回风速度，以避免气流短路。,8.2 基本要求,常用送风口种类气流分布的基本形式,29,8.2 风口与气流组织形式,下送上回 射流直接进入工作区，若风速过大，温度场和速度场要求难以保证。要求降低送风温差，控制工作区内的风速。中送风用于高大空间，分层空调。,8.2 基本要求,常用送风口种类气流
13、分布的基本形式,30,8.2 风口与气流组织形式,三峡电站主厂房,（四）中送风 主要用于高大空间、分层空调。,31,8.3 气流组织设计计算,目的：使工作区的风速和温差满足设计要求。任务：选择气流分布的形式；确定送风口的型式、数目和尺寸。风速要求：室内：冬季0.2m/s；夏季0.3m/s送风口：25m/s回风口：4m/s，一般取2m/s。,8.3 基本要求,气流组织计算的目的、任务；送风口出流速度的确定原则；散流器送风可形成的气流流型及特点；气流组织计算方法,32,8.3 气流组织设计计算,一、侧送风的计算1.确定送风温差tS，计算总送风量LS送风温差：tS=610，与室温允许波动范围有关，规
14、范（GB50736-2012）有详细规定。或：tS15送风量：m3/hQ房间显热负荷，kW,8.3 基本要求,气流组织计算的目的、任务；送风口出流速度的确定原则；散流器送风可形成的气流流型及特点；气流组织计算方法,33,8.3 气流组织设计计算,2.由射程x和无因次距离x/d0，计算风口面积 fS射程x 工作区范围在离墙0.5米以内，故可认为贴附射流射程为：x=A 1 m,8.3 基本要求,x,气流组织计算的目的、任务；送风口出流速度的确定原则；散流器送风可形成的气流流型及特点；气流组织计算方法,34,8.3 气流组织设计计算,无因次距离 x/d0 TX x 处轴心温差，即室温允许波动范 围；
15、舒适性空调t1T0出口温差，即送风温差。风口面积 fS,8.3 基本要求,式（8.3）,气流组织计算的目的、任务；送风口出流速度的确定原则；散流器送风可形成的气流流型及特点；气流组织计算方法,35,8.3 气流组织设计计算,3.选取送风速度v0，计算每个送风口的送风量lS为防止噪声，一般v025m/s，见表8.44.计算送风口个数n由总送风量LS和每个送风口的送风量lS确定风口个数。5.校核贴附长度 计算Ar数（式8.6）查曲线图8.13，确定贴附长度x要求：x x若不满足，则重新设定送风温差和送风速度，再进行计算。,8.3 基本要求,气流组织计算的目的、任务；送风口出流速度的确定原则；散流器
16、送风可形成的气流流型及特点；气流组织计算方法,36,8.3 气流组织设计计算,6.校核房间高度 要求：射流不直接进入工作区，使工作区处于回流区。房间最小高度：H h+S+0.07x+0.3 m,8.3 基本要求,h要求的工作区高度，mS风口下缘到顶棚距离，m x射流射程，m,气流组织计算的目的、任务；送风口出流速度的确定原则；散流器送风可形成的气流流型及特点；气流组织计算方法,37,8.3 气流组织设计计算,二、散流器送风计算 两种流型：平送流型贴附平顶扩散。特点：作用范围大，扩散快，混合充分，工作区温度场和速度场都很均匀。射程较侧送短。下送流型射流向下送出。主要用于有较高净化要求的车间；为保
17、证净化效果，房高大于4米为宜。散流器送风通常需设顶棚，管道暗装量大，投资较侧送高。,8.3 基本要求,气流组织计算的目的、任务；送风口出流速度的确定原则；散流器送风可形成的气流流型及特点；气流组织计算方法,38,8.3 气流组织设计计算,平送型散流器计算 1.轴心速度：vX流程在R处的射流轴心速度，m/s；通常可取0.20.4；vS散流器喉部风速，25m/s，最大不得超过6m/s，送热风可取较大值。CK扩散系数，盘式散流器取0.7，圆形、方形直片式散流器取0.5。,8.3 基本要求,气流组织计算的目的、任务；送风口出流速度的确定原则；散流器送风可形成的气流流型及特点；气流组织计算方法,39,8
18、.3 气流组织设计计算,R0圆盘的半径，m；R沿射流轴心线从送风口到射流速度为vX的距离，m；,8.3 基本要求,dS散流器喉部直径H0送风口与喉部的间距，一般H0=dS/2,气流组织计算的目的、任务；送风口出流速度的确定原则；散流器送风可形成的气流流型及特点；气流组织计算方法,R,40,8.3 气流组织设计计算,2.轴心温差：对散流器平送，近似取：散流器布置按对称位置或梅花形布置；散流器送风面积长宽比不宜大于1：1.5；散流器离墙距离为0.5 l（m）l散流器中心线之间的间距。散流器中心线距墙一般不小于1米。,8.3 基本要求,气流组织计算的目的、任务；送风口出流速度的确定原则；散流器送风可
19、形成的气流流型及特点；气流组织计算方法,41,8.4 空气分布性能评价,室内空气质量的影响因素：新风量不足，污染物超标；气流组织不善。一、室内气流分布的要求温度要求 舒适房间的温度梯度有不同的标准：ISO7730标准：工作区H=0.11.1m 内（坐姿范围），t0.3；美国ASHRAE55-92标准：工作区H=0.11.8m 内（立姿范围），t0.3。从可靠性角度，建议采用美国标准。,8.4 基本要求,常用评价指标的概念和定性分析：不均匀系数空气分布特性指标通风效率能量利用系数空气寿命名义时间常数换气效率,42,8.4 空气分布性能评价,风速要求试验表明，风速在0.5m/s以下，人感觉不明显。
20、采暖通风与空气调节设计规范规定：舒适性空调：冬季 v0.2m/s，夏季 v0.3m/s。工艺性空调：冬季 v0.3m/s，夏季 v=0.20.5m/s。,8.4 基本要求,常用评价指标的概念和定性分析：不均匀系数空气分布特性指标通风效率能量利用系数空气寿命名义时间常数换气效率,43,8.4 空气分布性能评价,二、常用评价指标不均匀系数定义：各测点温度和风速的均方根偏差与其算术平均值的比值。定性结论：不均匀系数越小，气流分布均匀性愈好。,8.4 基本要求,常用评价指标的概念和定性分析：不均匀系数空气分布特性指标通风效率能量利用系数空气寿命名义时间常数换气效率,44,8.4 空气分布性能评价,空气
21、分布特性指标ADPI有效温度差ET：又称为有效吹风温度EDT（Effective Draft Temperature）ET=(ti-tn)-B(vi-0.15)式(8.20)ti、vi 工作区某点的空气温度和流速m/s；B 修正系数，7.8。-1.7ET1.1，vi0.35m/s时多数人感到舒适。,8.4 基本要求,常用评价指标的概念和定性分析：不均匀系数空气分布特性指标通风效率能量利用系数空气寿命名义时间常数换气效率,45,8.4 空气分布性能评价,空气分布特性指标ADPI（Air Diffusion Performance Index）定义：满足规定要求（温度、风速）的测点数与总测点数之比
22、。式(8.21)一般应有ADPI 80,8.4 基本要求,常用评价指标的概念和定性分析：不均匀系数空气分布特性指标通风效率能量利用系数空气寿命名义时间常数换气效率,46,8.4 空气分布性能评价,能量利用系数用以分析评价以转移热量为目的的通风和空调系统。定义：送排风温差与送风温差的比值。tp、t0、tn分别为排风温度、送风温度和工作区空气平均温度。,8.4 基本要求,常用评价指标的概念和定性分析：不均匀系数空气分布特性指标通风效率能量利用系数空气寿命名义时间常数换气效率,47,8.4 空气分布性能评价,分析：夏季空调送冷风：tp t0，当tp tn时，1；当tp tn时，1。tp=tn时，=1。较高的 值表明能量利用更有效。,8.4 基本要求,常用评价指标的概念和定性分析：不均匀系数空气分布特性指标通风效率能量利用系数空气寿命名义时间常数换气效率,第六章,
