一种减少通风空调管道阻力的设计方法及结构技术

本发明专利技术公开了一种减少通风空调管道阻力的设计方法，包括如下步骤：S01、确定待优化的风管尺寸及形式；S02、通过等分长度为L的变径段壁面，改变θ值，列出点Pi的位置，建立不同Pi点的模型；S03、对模型进行数值模拟，将模拟结果导出并计算局部阻力系数ζ的值，找出ζ'最小时P'点位置；S04、在P

【技术实现步骤摘要】
一种减少通风空调管道阻力的设计方法及结构


[0001]本专利技术涉及通风空调管道降阻
，具体为一种减少通风空调管道阻力的设计方法及结构。

技术介绍

[0002]随着我国城镇化的高速发展，建筑面积大幅增加，根据国家数据报告显示，2021年我国能源消耗总量为52亿吨标准煤，其中建筑行业占了33％。而建筑能源消耗主要发生在建筑建造阶段和运行阶段，其中建筑运行能耗约占建筑总能耗的80％。通风空调系统已成为现代建筑运行过程中不可或缺的组成部分，在建筑能耗中的占比约30—50％，而其中的风机能耗又占了通风系统能耗的30—50％。
[0003]通风空调管道系统的风机能耗主要是由管道沿程阻力和局部阻力引起的，其中局部阻力(流体流经局部构件时由于流向和流速发生改变时变，导致边界层分离产生漩涡而造成的能量损失)占通风空调管道总阻力的40％～60％，可见风管局部构件所造成的能耗之大，所以优化通风空调管道系统局部构件(包括阀门、分流三通、合流三通、弯头等)形式，减少管道系统阻力，是一个解决方向。
[0004]如中国专利CN113137737B公开了一种通风管道，可以有效减小变径湍流最大处的边界层高度，降低变径的能量耗散和减小阻力；
[0005]中国专利CN113639276A公开了一种防窜烟三通烟道及其控制方法，通过对三通烟道中导流片形状及位置的优化，实现在降低风机能耗的同时防窜烟；
[0006]中国专利CN110081185A公开了一种通风空调系统中的风阀，可以在相同口径，在不同风速下达到相对于传统单叶阀明显的减阻效果；
[0007]上述的现有对比专利中，少有针对减小变径处局部阻力且结构简单便于制造的专利技术，本专利技术旨在提供一种减少通风空调管道阻力的设计方法及结构，能减小变径处的局部阻力且便于实际现场中的加工制造，成本低廉。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种减少通风空调管道阻力的设计方法及结构，目的是解决上述问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种减少通风空调管道阻力的设计方法，包括如下步骤：
[0011]S01、确定待优化的风管尺寸及形式；
[0012]S02、通过等分长度为L的变径段壁面，改变θ值，列出点Pi的位置，建立不同Pi点的模型；
[0013]S03、对模型进行数值模拟，将模拟结果导出并计算局部阻力系数ζ的值，找出ζ'最小时P'点位置；
[0014]S04、在P
’
的基础上进行网格搜索，通过调整Δx、Δy的值，重复S03步骤进一步进
行优化，寻找使ζ'更小的P”；
[0015]S05、经过上述步骤，可以得到局部阻力系数ζ值最小情况下P点的位置，并确定低阻力的通风管道结构。
[0016]优选的，在S01中，将通风空调管道设定由进风直管段1、变径段2、出风直管段3组成，其中：
[0017]进风直管段1尺寸为a1
×
b1(宽
×
高)，出风直管段3尺寸为a3
×
b3(宽
×
高)，直管段1的水力直径D
h1
、直管段3的水力直径D
h3
计算公式如下。
[0018][0019][0020]变径段2连接在直管段1和直管段3中间，用作直管段尺寸变化时的过渡段，变径段2的形式包括底平偏心的渐缩管、底平偏心的渐扩管、顶平偏心的渐缩管、顶平偏心的渐扩管、双面的渐扩管和双面的渐缩管。
[0021]优选的，在S02中，定义变径段2的壁面长度为L，定义直管段1与变径段2的交点为O1，变径段2与直管段3的交点为O2；
[0022]对渐缩管，变径段2斜壁面与直管段3延伸线的夹角定义为θ；
[0023]对渐扩管，直管段1延伸线与变径段2斜壁面的夹角定义为θ；
[0024]建立不同Pi点模型的过程包括：
[0025]步骤一、将长为L的壁面以A、B、C三点四等分，分为四段长为L/4的线；
[0026]步骤二、接着以O2为圆心，分别绘制三条半径为O2A、O2B和O2C的曲线1、曲线2和曲线3，分别在这些曲线上假设点P；
[0027]步骤三、通过每次调整变径段壁面的角度，将θ减少或增大2度角，θ角所延伸的直线与曲线1、2、3的交点即为P点；
[0028]步骤四、在曲线1、曲线2和曲线3上假设Pi，对于每一个Pi，变径段2的壁面被分为两个新的部分，并形成了一个新的形状的变径段2，基于此，进行通风管道的建模。
[0029]优选的，在S03中，建模完成后，选择结构网格进行网格划分，利用CFD仿真软件对不同模型的流体流动进行模拟，选择RSM湍流模型，近壁函数选择的是可扩展的壁函数，管道进口条件设为velocity
‑
inlet，管段出口条件为pressure
‑
outlet，其他风管管段壁面边界条件为Wall，壁面采用无滑移边界条件，管壁粗糙度设置为0.15mm；
[0030]压力速度耦合方式采用SIMPLE算法，动量、湍动能、湍流耗散率、雷诺应力的离散化采用二阶迎风格式，压力的离散化采用Standard形式，采用稳态法进行计算；
[0031]数值模拟收敛后，导出平面压力、速度等数据，进行局部阻力系数ζ的计算，计算公式如下：
[0032][0033]式(3)中
[0034]ΔP
t,3
‑4＝ΔP
s,1
‑2+(P
v1
‑
P
v2
)
‑
(L1‑3ΔP
f,1
‑3+L4‑2ΔP
f,4
‑2)(4)
[0035][0036]其中，ΔP
t,3
‑4表示截面3与截面4的全压差，单位Pa；ΔP
s,1
‑2表示压力测试断面P
‑
1与测试面P
‑
2的静压差，单位Pa；P
v1
和P
v2
分别表示压力测试面P
‑
1的动压和P
‑
2的动压，单位Pa；L1
‑
3和L4
‑
2分别表示测试面3到截面1间的距离和测试面4到截面2间的距离；ΔP
f,1
‑3和ΔP
f,4
‑2分别表示测试面1到截面3间的沿程阻力和测试面4到截面2间的沿程阻力，用式(6)和式(7)计算，单位Pa。
[0037][0038][0039]式中，ΔP
s,1
‑3表示测试面1与截面3的静压差，单位Pa；ΔP
s,4
‑2表示测试面4与截面2的静压差，单位Pa；
[0040]经以上步骤，可计算出不同Pi点建模的风管的局部阻力系数ζ'值，利用下式计算局部阻力损失的减阻率rζ
[0041][0042本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减少通风空调管道阻力的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S01、确定待优化的风管尺寸及形式；S02、通过等分长度为L的变径段壁面，改变θ值，列出点Pi的位置，建立不同Pi点的模型；S03、对模型进行数值模拟，将模拟结果导出并计算局部阻力系数ζ的值，找出ζ'最小时P'点位置；S04、在P
’
的基础上进行网格搜索，通过调整Δx、Δy的值，重复S03步骤进一步进行优化，寻找使ζ'更小的P”；S05、经过上述步骤，可以得到局部阻力系数ζ值最小情况下P点的位置，并确定低阻力的通风管道结构。2.根据权利要求1所述的一种减少通风空调管道阻力的设计方法，其特征在于：在S01中，将通风空调管道设定由进风直管段1、变径段2、出风直管段3组成，其中：进风直管段1尺寸为a1
×
b1(宽
×
高)，出风直管段3尺寸为a3
×
b3(宽
×
高)，直管段1的水力直径D
h1
、直管段3的水力直径D
h3
计算公式如下：计算公式如下：变径段2连接在直管段1和直管段3中间，用作直管段尺寸变化时的过渡段，变径段2的形式包括底平偏心的渐缩管、底平偏心的渐扩管、顶平偏心的渐缩管、顶平偏心的渐扩管、双面的渐扩管和双面的渐缩管。3.根据权利要求2所述的一种减少通风空调管道阻力的设计方法，其特征在于：在S02中，定义变径段2的壁面长度为L，定义直管段1与变径段2的交点为O1，变径段2与直管段3的交点为O2；对于渐缩管，变径段2斜壁面与直管段3延伸线的夹角定义为θ；对于渐扩管，直管段1延伸线与变径段2斜壁面的夹角定义为θ；建立不同Pi点模型的过程包括：步骤一、将长为L的壁面以A、B、C三点四等分，分为四段长为L/4的线；步骤二、接着以O2为圆心，分别绘制三条半径为O2A、O2B和O2C的曲线1、曲线2和曲线3，分别在这些曲线上假设点P；步骤三、通过每次调整变径段壁面的角度，将θ减少或增大2度角，θ角所延伸的直线与曲线1、2、3的交点即为P点；步骤四、在曲线1、曲线2和曲线3上假设Pi，对于每一个Pi，变径段2的壁面被分为两个新的部分，并形成了一个新的形状的变径段2，基于此，进行通风管道的建模。4.根据权利要求1所述的一种减少通风空调管道阻力的设计方法，其特征在于：在S03中，建模完成后，选择结构网格进行网格划分，利用CFD仿真软件对不同模型的流体流动进行模拟，选择RSM湍流模型，近壁函数选择的是可扩展的壁函数，管道进口条件设为velocity
‑
inlet，管段出口条件为pressure
‑
outlet，其他风管管段壁面边界条件为Wall，壁面采用无滑移边界条件，管壁粗糙度设置为0.15mm；
压力速度耦合方式采用SIM...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志恒，张俊，刘波，李鸿斌，何庆国，王梦影，卢柯，
申请(专利权)人：中建三局第一建设安装有限公司，
类型：发明
国别省市：