送、回风口气体流动规律-通风空调

2.1　送风口气体流动规律

空气经过孔口或喷嘴向周围气体的外射流动称为射流。由流体力学可知，根据流态不同，射流可分为层流射流和紊流射流；按射流过程中是否受周界表面的限制分为自由射流和受限射流；根据射流与周围流体的温度是否相同可分为等温射流与非等温射流；按喷嘴式不同，射流分为集中射流（由圆型、方型和矩形风口出流的射流）、扁射流（边长比大于10的扁长风口出流的射流）和扇形射流（呈扇形导流径向扩散出流的射流）。在空调工程中常见的射流多属于紊流非等温受限射流。

现以图12.17为例，简要说明紊流射流的一般规律。

图12.17　等温自由射流

直径为dΔ0的喷口以出流速度u0射入同温空间介质，在不受周界表面的限制条件下，则形成等温自由射流，由于射流不断卷吸周围空气，射流不断扩大，射流断面速度场从射流中心开始逐渐向边界衰减，并沿射流增加，流量增加，直径加大，但断面总动量保持不变。在射流理论中，将轴心速度保持不变的一段长度称为起始段，其后称为主体段。起始段的长度取决于喷嘴的形式和大小，一般比较短，空调中主要是应用主体段。

对自由射流的规律研究，有：

式中：ux——以风口为起点，到射流计算断面距离为处的轴心速度，m/s；

　　　x——由风口至计算断面的距离，m。

或忽略由极点至风口的一段距离，在主体计算时直接用：

以风口出流面积用F0表示，则有：

式中的α喷嘴紊流系数值是与射流衰减特性有关的常数。

表12.1　紊流系数

对于方形或矩形风口（风口的长边与短边比不超过3），空气射流断面很快地从矩形发展为圆形，所以式（12-3）同样适应。但当矩形风口长边与短边比超过10时，则应按扁射流计算，即：

式中：b0——扁口的高度，m。

非等温射流是射流出口温度与室内空气温度不相同的射流，当送风温度低于室内温度时称为“冷射流”；高于室内温度时称为“热射流”。由于温差的存在，射流的密度于室内的空气密度不同，造成了水平射流轴线的弯曲。热射流的轴线将往上翘，冷射流的轴线则往下弯曲。在空调工程中，温差射流的温差一般较小，可以认为整个射流轨迹仍然对称于轴线，也就是说，整个射流随轴线一起弯曲。

非等温射流进入室内后，射流边界与周围空气之间不仅要进行动量交换，而且要进行热量交换。因此，射流随着离开出口距离的增大，其轴心温度也在变化。轴心温差计算公式为：

式中：ΔT0=T0-Tn——主体段内射流处轴心温度与周围空气温度之差，K；(www.xing528.com)

　　　ΔTx=Tx-Tn——射流出口温度与周围空气温度之差，K；

　　　n1=0.73m1，代表温度衰减的系数。

在非等温射流中，射流截面中的温度分布与速度分布具有相似性。但热量交换比动量交换快，即射流温度的扩散角大于速度的扩散角，因而温度的衰减较速度快，且有下式成立：

在空气调节中，还经常遇到送风气流流动受到壁面限制的情况。如送风口贴近顶棚时，射流在顶棚处不能卷吸空气，因而流速大、静压小，而射流下部流速小、静压大，使得气流贴附于顶棚流动，这样的射流称为帖附射流，如图12.18所示。由于壁面处不可能混合静止空气，也就是卷吸量减少了，贴附射流轴心速度的衰减比自由射流慢，所以贴附射流的射程比自由射流更长。贴附射流截面的最大速度在靠近壁面处。若射流为冷射流时，气流下弯，贴附长度将受影响。

图12.18　贴附冷射流的贴附的长度

如果忽略顶棚壁面对射流的影响，可以认为贴附射流相当于把喷嘴面积扩大一倍后射流的一半。

对于集中贴附射流：

对于贴附扁射流：

由此可见，贴附射流轴心速度的衰减比自由射流慢，因而达到同样轴心速度的衰减程度需要更长的距离。

有限空间射流的压力场是不均匀的，各断面的静压随射程而增加。一般认为当射流断面面积达到空间断面面积的1/5时，射流受限，成为有限空间射流。

由于有限空间射流的回流区一般也是工作区，控制回流区的风速具有实际意义。回流区最大平均风速的计算式为：

式中：C——与风口形式有关的系数，对集中射流取10.5。

2.2　回风口气体流动规律

2.2.1　点汇的气流流动

由流体力学可知，对于一个点汇，其流场中的等速面是以汇点为中心的等球面，而且通过各个球面的流量都相等。因此随着离开汇点的距离增加，流速呈二次方衰减。

2.2.2　实际排（回）风口的气流流动

实际排（回）风口的气流速度分布速度衰减很快。排（回）风口速度衰减快的特点，决定了其作用范围的有限性，因此在研究空间内气流分布时，主要考虑送风口射流的作用，同时考虑排（回）风口的合理位置，以便达到预定的气流分布模式。