潔凈車間通風工程送風口的氣流流動規(guī)律

在空氣射流流動過程中，根據(jù)射流是否受周界表面的限制可分為自由射流和受限射流。潔凈車間空調(diào)凈化工程中常見的情況多屬非等溫受限射流。下面介紹工程中常見的射流及其流動規(guī)律。

一、自由射流

自由射流分為等溫射流和非等溫射流。

1. 等溫射流

當空氣自風口噴射到比射流體積大得多的同溫介質(zhì)房間中，射流可不受限制地擴大，則形成等溫自由射流。

由于射流與周圍介質(zhì)的紊流動量交換，周圍空氣不斷地被卷入，射流不斷擴大。因而射流斷面速度場從射流中心開始逐漸向邊界衰減并沿射程不斷變化，結果流量沿程增加，射流直徑加大。但在各斷面上的總動量保持不變。將射流軸心速度保持不變的一段長度稱為起始段，其后稱為主體段。潔凈車間空調(diào)凈化工程中常用的射流段為主體段，其射流軸心速度衰減式為

ν_x/ν₀=0.48/(ax/d₀+0.145)         (3-1)

d_x/d₀=0.68(ax/d₀+0.145)         (3-2)

式中：ν_x---以風口為起點在射程x處的射流軸心速度，m/s；

         ν₀---風口出流的平均速度，m/s；

         x---風口出口到計算斷面的距離，m；

         d₀---風口直徑，m；

         d_x---射程x處射流的直徑，m；

         a---風口紊流系數(shù)。

上式中，a值取決于風口結構形式并決定了射流擴散角的大小，即tanθ=3.4a。下表給出了不同a值。

不同風口的a值

由上述可知，要想增大射程，可以提高送風口速度ν₀，或者減小風口紊流系數(shù)a；要想增大射流擴散角，可以選用a值較大的送風口。中凈環(huán)球凈化可提供潔凈車間、凈化工程的咨詢、規(guī)劃、設計、施工、安裝改造等配套服務。

2.非等溫射流

當射流出口溫度與周圍空氣溫度不相同時，這種射流稱為非等溫射流。對于非等溫射流，射流與室內(nèi)空氣的混摻不僅引起動量的變化，還帶來熱量的交換。而熱量的交換較之動量快，即射流的溫度擴散角大于速度擴散角，因而溫度衰減較速度衰減快，定量的研究結果得出

△T_x/△T₀=0.35(ax/d₀+0.145)       (3-3)

式中：△T_x=T_x-T_n，△T₀=T₀-T_n。

其中，T₀---射流出口溫度，K；T_x---距風口x處射流軸心溫度，K；T_n---周圍空氣溫度，K。

比較式(3-3) 和式(3-1)，表明熱量擴散比動量擴散要快，且有

△T_x/△T₀=0.73ν_x/ν₀         (3-4)

對于非等溫射流，由于射流與周圍介質(zhì)的密度不同，在重力和浮力不平衡條件下，射流將發(fā)生變形，即水平射出的射流軸將發(fā)生彎曲。其判據(jù)為阿基米德數(shù)Ar，即

Ar=gd₀(T₀-T_n)/ ν₀²T_n       (3-5)

式中：g---重力加速度，m/s²。

當|Ar|<0.001時，可忽略射流軸的彎曲而按等溫射流計算。射流軸彎曲的軸心軌跡可用式(3-6) 計算：

y/d₀= x/d₀(tanβ)+Ar(x/d₀cosβ)²(0.51x/d₀cosβ+0.35)       (3-6)

Ar的正負和大小，決定射流彎曲的方向和程度。

二、受限射流

在射流運動過程中，由于受壁面、頂棚及空間的限制，射流的運動規(guī)律有所變化。受限射流分為貼附射流和非貼附射流兩種情況。當送風口位于房間中部(h=0.5H)時，射流為非貼附情況，射流區(qū)呈橄欖型，在其下形成與射流流動方向相反的回流區(qū)。當送風口位于房間上部(h>0.7H) 時，射流貼附于頂棚，房間上部為射流區(qū)，下部為回流區(qū)。

由于有限空間射流的回流區(qū)一般是工作區(qū)，控制回流區(qū)的較大平均風速計算式為

ν_h=0.65ν₀/(√F_n/ d₀)       (3-6)

式中：ν_h---回流區(qū)的較大平均風速，m/s；

Fn---每個風口所管轄的房間的橫截面面積，m²；

√F_n/ d₀---射流自由度，表示受限的程度用。

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