本发明专利技术提出一种用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置，该装置呈圆台，圆台的上底面与下底面均空心，同时，装置内部为中空结构形成导流腔体；圆台的中心轴线与母线的夹角为10°‑90°。本发明专利技术用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置，能够达到很好的均流效果，能有效减小受限空间流场内的旋涡影响范围。
A kind of circular guide plate device for vortex elimination in jet confined space
The invention provides a round table shaped guide plate device for vortex elimination in jet confined space. The device is a round table, the upper and lower bottom surfaces of the round table are hollow, at the same time, the inner part of the device is a hollow structure to form a guide cavity; the angle between the central axis of the round table and the bus is 10 \u00b0 - 90 \u00b0. The circular platform type guide plate device for vortex elimination in the jet confined space can achieve good current sharing effect and effectively reduce the vortex influence range in the flow field of the confined space.
【技术实现步骤摘要】
一种用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置
本专利技术涉及工业通风，具体涉及一种用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置。
技术介绍
射流受限空间边壁的限制导致近壁压力递增出现压力梯度，压力梯度的存在使得受限空间内射流扩展速率、速度分布的形状和边界层增长的速率发生改变，特别是逆向压力梯度使射流流动变得复杂。受限射流一般分为多个区，分别是基本段、环流段和管流发展段。与自由射流的发展过程不同，在送风口处射流进入受限空间，在湍流脉动下射流扩展同时周围流体被巻吸，此时射流宽度沿流向增加且射流的横断面积增大，流量沿程增加，相似的速度分布形成即基本段。但很快射流巻吸遇到壁面产生了旋涡区，靠近管壁处产生的大涡团旋涡区域，其内部射流速度方向发生了反向变化。这是因为由于周围流体的进口速度为零，被射流卷吸后无上游来流补充，此时空间近壁下游流体倒流即环流发生。根据伯努利方程，在射流遇到边界突扩时近壁面处流速减小压强升高，导致逆压梯度出现。在逆压梯度和近壁处流体粘性的共同作用下导致边界层分离，从而扩大了巻吸涡旋形成旋涡区，该工况的范围较大。之后受限射流发展至壁面，近壁区出现较大逆压梯度，从而受限空间截面的速度分布沿流动方向开始不断变化，逐步成为充分发展的管流。可见，第二阶段环流段受限空间边壁处的涡旋会对受限空间通风造成不利影响，会出现通风效率低下等问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种用于受限空间消涡的圆台形导流板装置，解决目前受限空间流场内的旋涡区影响范围大，不能满足工程需要的技术问题。为达到上述目的，本专利技术实现过程如下：一种用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置，所述的圆台形导流板装置呈圆台，圆台的上底面与下底面均空心，内部中空形成导流腔体；圆台的中心轴线与母线的夹角为10°-90°。圆台的中心轴线与母线的夹角为30°-45°，圆台的上底面面积为下底面面积的倍。优选的，所述的圆台形导流板装置厚度取值介于1-8mm。优选的，所述的用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置圆台的母线长度L满足0.1D≤L≤0.4D，其中D为受限空间的水力直径。将本专利技术的圆台形导流板装置用于射流受限空间时，所述的圆台形导流板装置的水平中心轴线与射流受限空间水平轴线重合，所述的圆台形导流板装置的上底面靠近射流受限空间的射流入口；射流受限空间的旋涡区长度y需满足：y＝c+b1x+b2x2+b3x3+b4x4其中，x是圆台形导流板装置中心轴线与母线夹角值，10°≤x≤90°；b1、b2、b3、b4、c均为常数，取值均介于-1～1；删除c+b1x+b2x2+b3x3+b4x4的度数单位仅保留c+b1x+b2x2+b3x3+b4x4的度数值即为y值，y的单位为米。优选的，b1值为-0.6，b2值为0.02，b3值为-2.23e-5，b4值为9.44e-8，c值为0.8，10°≤x≤90°。最优选的，所述的b1值为-0.6，b2值为0.02，b3值为-2.23e-5，b4值为9.44e-8，c值为0.8，x为30°。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置，能够达到很好的均流效果，能有效减小受限空间流场内的旋涡影响范围，旋涡区长度最小值可以达到0.2m(原旋涡区长度0.45m)，能达到对射流受限空间流场特性的有效控制以满足工程实际的需求的目的。附图说明图1为本专利技术装置三维示意图。图2为原始射流受限空间流场纵轴截面的流线图。图3为本专利技术的射流受限空间流场纵轴截面的流线图。图4为专利技术实施例的射流受限空间旋涡区长度随圆台形导流板装置轴线与母线夹角变化的拟合曲线与原始状态的对比图。图5为专利技术实施例整体结构示意图。图中各标号代表：1-速度入口，2-圆台形导流板装置，3-受限圆柱形锅筒外壳，4-速度出口。具体实施方式本专利技术射流受限空间指的是流体通过受限空间的一种现象，工程上很常见，在实际工业通风领域，主要涉及焊接车间或特殊受限空间内工业作业的通风控制。其通风时射流分布、污染物扩散规律、受限空间形状、大小等因素均会影响受限空间的全面通风效果，给有限空间的通风带来较大难度。例如，附图5中的受限圆柱形锅筒外壳为锅炉内胆，当工人在烟筒内部进行焊接时会产生大量焊接烟尘，由于空间限制而产生的旋涡区致使烟尘滞留在内部无法排除，严重影响工人的身体健康，职业病发病率高。因此我们通过在受限空间内部通过支架装入消涡装置来消除不利涡旋，改善工人作业环境。工程上需要根据实际情况对漩涡区的长度加以控制，以便合理利用漩涡区长度，射流受限空间内部的旋涡区长度过长影响过大，这在工程上不利。本专利技术研发出一种用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置，因原始状态是气流经过入口进入受限空间，由于边壁的限制在受限空间前半段很快形成旋涡区，流场特性变得不稳定，导致气流滞留在受限空间内难以排除，如图2所示。因此我们将本专利技术的圆台形导流板装置放置在受限空间前端，通过圆台形导流板装置对气流进行整流导直，使得气流很快被排除受限空间，达到消除不利涡旋的目的,如图3所示。在此基础上，按照如下方法研究出旋涡区长度y与圆台形导流板装置的轴线和母线夹角的关系：该方法包括如下步骤：步骤一、确定圆台形导流板装置在射流受限空间某一位置时流场状态，根据受限空间尺寸，研究圆台形导流板装置轴线与母线夹角θ，θ满足不等式10°≤θ≤90°，运用雷诺应力模型并结合SIMPLE算法:基本控制方程如下：连续性方程动量方程R分量z分量湍流动能方程(k方程)扩散方程(ε方程)上述方程中：Sν为源项；ρ为流体密度，kg/m3；P为静压，Pa；μ为湍流粘性系数Pa×s；σε为湍流能扩散率ε的普朗特数，取1.3；η0＝4.38；β＝0.012；Cμ,C1ε,C2ε为经验常数分别取0.09，1.44，1.92；然后模拟设置圆台形导流板装置之前射流受限空间内的速度场，从而得到不同工况下加入圆台形导流板装置后的流场分布；步骤二、确定圆台形导流板装置加入流场后的流场旋涡区长度y随圆台形导流板装置轴线与母线夹角变化趋势，根据步骤一得到旋涡区长度随圆台形导流板装置轴线与母线夹角的数值变化，利用统计学原理，求得流场旋涡区长度y随圆台形导流板装置轴线与母线夹角的变化的拟合曲线(相关系数0.83)，如图4所示。以及流场旋涡区长度y随圆台形导流板装置轴线与母线夹角的变化拟合的方程:y＝c+b1x+b2x2+b3x3-b4x4其中x满足不等式10°≤x≤90°，b1、b2、b3、b4、c为常数，视具体情况而定，仅取等式右边的数值(不包括单位)以此来控制漩涡区的长度。另外，除非特别说明，本专利技术所指的漩涡区的长度指的是，漩涡区在受限空间的横向方向上漩涡所占的长度。本专利技术所述的射流受本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置，其特征在于，所述的圆台形导流板装置呈圆台，圆台的中心轴线与母线的夹角为10°-90°；圆台内部中空形成导流腔体。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置，其特征在于，所述的圆台形导流板装置呈圆台，圆台的中心轴线与母线的夹角为10°-90°；圆台内部中空形成导流腔体。
2.如权利要求1所述的用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置，其特征在于，所述的圆台形导流板装置厚度介于1mm-8mm。
3.如权利要求1所述的用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置，其特征在于，圆台的母线长度L满足：0.1D≤L≤0.4D，其中D为射流受限空间的水力直径。
4.如权利要求1或2所述的用于射流受限空间消涡的圆台形导流板装置，其特征在于，所述的圆台形导流板装置的水平中心轴线与射流受限空间水平轴线重合，所述的圆台形导流板装置的上底面靠近射流受限空间的射流入口；
射流受限空间的旋涡区长度y需满足：
【专利技术属性】
技术研发人员：周宇，仲丽莹，王怡，肖勇强，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。