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防火排烟型可变十字分流调节四通装置及防积尘处理方法

阅读:1发布:2020-12-17

专利汇可以提供防火排烟型可变十字分流调节四通装置及防积尘处理方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种防火排烟型可变十字分流调节四通装置及防积尘处理方法,可变十字分流调节四通装置包括下 底板 ,上顶板,侧面,所述下底板被划分为高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区;所述高尘粒浓度区和中尘粒浓度区分别使用不同粗糙高度的防积尘材料。这种十字分流调节四通在不同积尘浓度的部位采用不同粗糙高度洁净材料,可有效的减少悬浮颗粒物在十字分流调节四通处的沉积,同时节省耐磨材料使用量,降低十字分流调节四通的造价。,下面是防火排烟型可变十字分流调节四通装置及防积尘处理方法专利的具体信息内容。

1.一种防火排烟型可变十字分流调节四通装置,包括下底板、上顶板和侧面,其特征在于,所述下底板被划分为高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区;所述高尘粒浓度区和中尘粒浓度区分别使用不同粗糙高度的防积尘材料。
2.如权利要求1所述的防火排烟型可变十字分流调节四通装置,其特征在于,所述高尘粒浓度区使用的防积尘材料为不锈洁净管材。
3.如权利要求1或2所述的防火排烟型可变十字分流调节四通装置,其特征在于,所述利用下式计算防积尘材料的粗糙高度:
式中,Hh为高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度,mm;K为弯管当量粗糙高度,mm;αmax-h为下底板的最大尘粒浓度值;αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值;γ1为高尘粒浓度区的粗糙高度常数系数,当INT函数值为1时取γ1=0.5,当INT函数值不为1时取γ1=1;INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
4.如权利要求1所述的防火排烟型可变十字分流调节四通装置,其特征在于,所述中尘粒浓度区使用的防积尘材料为薄钢板
5.如权利要求1或4所述的防火排烟型可变十字分流调节四通装置,其特征在于,利用下式计算防积尘材料的粗糙高度:
式中,Hm为中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度,mm;K为弯管当量粗糙高度,mm;
αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;αm-l为划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值;γ2为中尘粒浓度区粗糙高度常数系数,当INT函数值为1时取γ2=0.5,当INT函数值不为1时取γ2=1;INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
6.一种对十字分流调节四通的防积尘处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:对于十字分流调节四通求解空气和尘粒混合流动的两相流的连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组,确定十字分流调节四通稳态湍流混合物速度场U(x,y,z);
步骤2:根据步骤1得到的十字分流调节四通稳态湍流速度场U(x,y,z),计算求得尘粒的滑移速度vdr,p;
步骤3:根据步骤1得到的十字分流调节四通稳态湍流速度场U(x,y,z)和步骤2求解的尘粒的滑移速度vdr,p,代入式2所示的尘粒组分体积分数方程,对式2进行一阶迎格式离散化,并利用高斯-赛德尔迭代进行求解,得到第二相即尘粒的体积浓度αp(x,y,z),从而得到下底板的尘粒浓度范围;
  (式2)
式中,ρp为尘粒密度,m3/kg;t为时间,s;vdr,p为尘粒的滑移速度,m/s;Δmq为质量流量,kg/s。
步骤4:根据步骤3得到的下底板的尘粒浓度范围,分别计算得到下底板的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m;同时计算得到下底板的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l;将αh-m在下底板上对应的曲线作为下底板的高中尘粒浓度区包络曲线;将αm-l在下底板上对应的曲线作为下底板的中低尘粒浓度区包络曲线;
步骤5:分别在步骤4得到的下底板上的中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上取多个离散点,并获取这些离散点的坐标值;对中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合,得到原始拟合曲线方程,然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行处理,得到中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线对应的拟合曲线方程;
步骤6:将步骤5得到下底板的每条拟合曲线方程作为下底板上各尘粒浓度区的分界线,得到下底板的高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区。
步骤7:在步骤6得到的下底板的高尘粒浓度区采用不锈钢洁净管材,在中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板;计算高尘粒浓度区以及中尘粒浓度区使用的防积尘材料的粗糙高度;根据防积尘材料的粗糙高度对防积尘材料的相应区域进行抛光
7.如权利要求6所述的对十字分流调节四通的防积尘处理方法,其特征在于,利用式1计算求得尘粒的滑移速度vdr,p;
  (式1)
式中,vdr,p为尘粒的滑移速度,m/sρp为尘粒密度,m3/kg;ρm为混合物密度,m3/kg;dp为尘
2
粒直径,m;fdrag为曳力函数;vq为空气速度,m/s,μq为空气动力粘性系数,m/s。
8.如权利要求6所述的对十字分流调节四通的防积尘处理方法,其特征在于,分别利用式3计算得到下底板的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m;同时利用式4计算得到下底板的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l;
  (式3)
  (式4)
式中,αmax-h、αmin-l分别为下底板的最大尘粒浓度值和最小尘粒浓度值;ξ、ψ为区域划分常数,1≤ξ≤2,0<ψ≤1。
9.如权利要求6所述的对十字分流调节四通的防积尘处理方法,其特征在于,所述步骤
7中,根据式5确定高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度:
  (式5)
式中,Hh为高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度,mm;K为弯管当量粗糙高度,mm;αmax-h为下底板的最大尘粒浓度值;αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值。γ1、γ2分别为高尘粒浓度力区、中尘粒浓度区粗糙高度常数系数,当式5中INT函数值为1的时候取γ1,γ2=0.5,当式5中INT函数值不为1的时候取γ1,γ2=1;INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
10.如权利要求6所述的对十字分流调节四通的防积尘处理方法,其特征在于,所述步骤7中,根据式6确定中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度:
  (式6)
式中,Hm为中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度,mm;K为弯管当量粗糙高度,mm;
αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;αm-l为划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值;γ2为中尘粒浓度区粗糙高度常数系数,当式6中INT函数值为1的时候取γ2=0.5,当式6中INT函数值不为1的时候取γ2=1;INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。

说明书全文

防火排烟型可变十字分流调节四通装置及防积尘处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于工业通领域,具体涉及一种可变十字分流调节四通装置及可变十字分流调节四通装置防积尘处理方法,特别是一种防火排烟型可变十字分流调节四通装置防积尘处理方法。

背景技术

[0002] 送风系统中室外空气经空调机组处理时,由于大多数粗精效过滤网仅能过滤3um以上的悬浮颗粒物,其微细颗粒物则随风直接进入风管,而风管内表面实际粗糙高度远远高于微细颗粒物的大小,因此,这些微细的颗粒物随着空气与风管内壁相互碰撞摩擦产生静电吸附越积越多,从而导致风管内壁的粗糙高度越来越大,灰尘粘附加速进行,如此长年累月形成较厚的积尘。而排风系统所有悬浮颗粒物均随气流进入管道中,积尘更加严重。尤其是在风管的十字分流调节四通等局部阻构件处,空气以及悬浮颗粒物与周围管壁的碰撞更加剧烈,是输配系统中最容易积尘磨损的部位。另一方面,火灾发生时,烟尘随气流进入风道,在风道十字分流调节四通等局部阻力构件处沉积,阻塞风道不利于烟气的排出和火灾的消除。积尘带来的危害主要有三种种:1、滋生细菌,传染疾病:由于风道通风道内的灰尘会逐渐沉积滋生病菌,逐渐变成室内空气的污染源;2、空气在风道内流动会由于粘性及流体的相对运动产生内摩擦力,空气在风道内流动要克服这种阻力而耗费能量3、火灾发生时,阻塞风道不利于烟气的排出和火灾的消除。
[0003] 据了解,目前常用的十字分流调节四通并无任何防粉尘沉积的措施。为了防止悬浮颗粒物在管道十字分流调节四通等易积尘处的沉积,简单的思路是使用粗糙高度尽可能低的洁净管材制作风管十字分流调节四通。但实际情况下,并非风管十字分流调节四通所有部位都易积尘,也就是说有些不易积尘的面或是同一个面的某些部位不易积尘,采用统一改变风管材料换成洁净管材的方法必然会造成在不易积尘的部分耗费多余的材料,造成整个风管十字分流调节四通造价的提高。

发明内容

[0004] 针对现有十字分流调节四通的缺陷,本发明的目的在于,提供一种防火排烟型可变十字分流调节四通装置,这种十字分流调节四通在不同积尘浓度的部位采用不同粗糙高度洁净材料,可有效的减少悬浮颗粒物在十字分流调节四通处的沉积,同时节省耐磨材料使用量,降低十字分流调节四通的造价。
[0005] 为实现上述技术任务,本发明采用下述技术方案予以实现:
[0006] 一种防火排烟型可变十字分流调节四通装置,包括上底板、下底板和侧面,所述下底板被划分为高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区;所述高尘粒浓度区和中尘粒浓度区分别使用不同粗糙高度的防积尘材料。
[0007] 进一步的,所述高尘粒浓度区使用的防积尘材料为不锈洁净管材。
[0008] 进一步的,所述利用下式计算防积尘材料的粗糙高度:
[0009]
[0010] 式中,Hh为高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度,mm;K为弯管当量粗糙高度,mm;αmax-h为下底板的最大尘粒浓度值;αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值;γ1为高尘粒浓度力区的粗糙高度常数系数,当INT函数值为1时取γ1=0.5,当INT函数值不为1时取γ1=1;INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
[0011] 进一步的,所述中尘粒浓度区使用的防积尘材料为薄钢板
[0012] 进一步的,利用下式计算防积尘材料的粗糙高度:
[0013]
[0014] 式中,Hm为中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度,mm;K为弯管当量粗糙高度,mm;αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;αm-l为划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值;γ2为中尘粒浓度区粗糙高度常数系数,当INT函数值为1时取γ2=0.5,当INT函数值不为1时取γ2=1;INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
[0015] 本发明的另一个目的在于,提供一种对十字分流调节四通的防积尘处理方法,包括以下步骤:
[0016] 步骤1:对于十字分流调节四通求解空气和尘粒混合流动的两相流的连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组,确定十字分流调节四通稳态湍流混合物速度场U(x,y,z);
[0017] 步骤2:根据步骤1得到的十字分流调节四通稳态湍流速度场U(x,y,z),计算求得尘粒的滑移速度vdr,p;
[0018] 步骤3:根据步骤1得到的十字分流调节四通稳态湍流速度场U(x,y,z)和步骤2求解的尘粒的滑移速度vdr,p,代入式2所示的尘粒组分体积分数方程,对式2进行一阶迎风格式离散化,并利用高斯-赛德尔迭代进行求解,得到第二相即尘粒的体积浓度αp(x,y,z),从而得到下底板的尘粒浓度范围;
[0019]   (式2)
[0020] 式中,ρp为尘粒密度,m3/kg;t为时间,s;vdr,p为尘粒的滑移速度,m/s;Δmq为质量流量,kg/s。
[0021] 步骤4:根据步骤3得到的下底板的尘粒浓度范围,分别计算得到下底板的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m;同时计算得到下底板的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l;将αh-m在下底板上对应的曲线作为下底板的高中尘粒浓度区包络曲线;将αm-l在下底板上对应的曲线作为下底板的中低尘粒浓度区包络曲线;
[0022] 步骤5:分别在步骤4得到的下底板上的中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上取多个离散点,并获取这些离散点的坐标值;对中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合,得到原始拟合曲线方程,然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行处理,得到中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线对应的拟合曲线方程;
[0023] 步骤6:将步骤5得到下底板的每条拟合曲线方程作为下底板上各尘粒浓度区的分界线,得到下底板的高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区。
[0024] 步骤7:步骤6得到的下底板的高尘粒浓度区使用不锈钢洁净管材,中尘粒浓度区使用镀锌薄钢板;计算高尘粒浓度区以及中尘粒浓度区内的防积尘材料的粗糙高度;根据防积尘材料的粗糙高度对防积尘材料的相应区域进行抛光
[0025] 进一步的,利用式1计算求得尘粒的滑移速度vdr,p;
[0026]   (式1)
[0027] 式中,vdr,p为尘粒的滑移速度,m/sρp为尘粒密度,m3/kg;ρm为混合物密度,m3/kg;dp为尘粒直径,m;fdrag为曳力函数;vq为空气速度,m/s,μq为空气动力粘性系数,m2/s。
[0028] 进一步的,分别利用式3计算得到下底板的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m;同时利用式4计算得到下底板的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l;
[0029]   (式3)
[0030]   (式4)
[0031] 式中,αmax-h、αmin-l分别为下底板的最大尘粒浓度值和最小尘粒浓度值;ξ、ψ为区域划分常数,1≤ξ≤2,0<ψ≤1。
[0032] 进一步的,所述步骤7中,根据式5确定高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度:
[0033]   (式5)
[0034] 式中,Hh为高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度,mm;K为弯管当量粗糙高度,mm;αmax-h为下底板的最大尘粒浓度值;αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值。γ1、γ2分别为高尘粒浓度力区、中尘粒浓度区粗糙高度常数系数,当式5中INT函数值为1的时候取γ1,γ2=0.5,当式5中INT函数值不为1的时候取γ1,γ2=1;INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
[0035] 进一步的,所述步骤7中,根据式6确定中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度:
[0036]   (式6)
[0037] 式中,Hm为中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度,mm;K为弯管当量粗糙高度,mm;αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;αm-l为划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值;γ2为中尘粒浓度区粗糙高度常数系数,当式6中INT函数值为1的时候取γ2=0.5,当式6中INT函数值不为1的时候取γ2=1;INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
[0038] 本发明具有如下优点:
[0039] (1)通过求解两相流动偏微分方程组的方法,能够准确定位十字分流调节四通下底板的尘粒浓度大小分布,有的放矢地进行防积尘处理,能够有效的减少风管十字分流调节四通内部尘粒的堆积。
[0040] (2)对下底板以及外弧面分别划分高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区,在高尘粒浓度区和中尘粒浓度区使用不同的洁净管材进行防积尘处理,能够有针对性且准确地处理到每一个需要处理的部位,提高了防积尘效果。
[0041] (3)对高尘粒浓度区、中尘粒浓度区的耐磨材料的粗糙高度进行精准设计,而且同一尘粒浓度区域可以选择不同粗糙高度,合适的粗糙高度能够提高耐磨效果。附图说明
[0042] 图1为现有十字分流调节四通管示意图;
[0043] 图2为下底板防积尘处理示意图;
[0044] 图3为现有十字分流调节四通内尘粒浓度场示意图;
[0045] 图4为现有十字分流调节四通下底板高尘粒浓度,中尘粒浓度和低尘粒浓度区图;
[0046] 图5为现有十字分流调节四通(a)与本发明的十字分流调节四通防积尘下底板尘粒浓度分布对比图;
[0047] 图中各标号含义:1-入口;2-侧面a;3-出口a;4-上底板;5-侧面b;6-侧面c;7-出口c;8-侧面d;9-侧面e;10-出口c;11-法兰;12-侧面f;13-下底板;14-下底板高尘粒浓度区;15-下底板中尘粒浓度区;16-下底板低尘粒浓度区。

具体实施方式

[0048] 如图1所示,本发明的防火排烟型可变十字分流调节四通装置的主体采用常见的十字分流调节四通,常见的十字分流调节四通包括:入口1、侧面a2、出口a3、上底板4、侧面b5、侧面c6、出口b7、侧面d8、侧面e9、出口c10、法兰11、侧面f12、下底板13。
[0049] 为了有效防止弯头尘粒沉积,对常见的十字分流调节四通的下底板4进行防积尘粒沉积处理。由于其他板面尘粒沉积浓度值很低,本发明中不对其他板面进行防积尘粒沉积处理。防积尘粒沉积处理具体如下:
[0050] 下底板13被划分为高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区。
[0051] 可选的,高尘粒浓度区域使用不锈钢洁净管材,不锈钢洁净管材的粗糙高度:
[0052]
[0053] 可选的,中尘粒浓度区使用镀锌薄钢板,镀锌薄钢板的粗糙高度:
[0054]
[0055] 本发明还给出了对十字分流调节四通的防积尘处理方法,包括以下步骤:
[0056] 步骤1:对于常见的十字分流调节四通,求解空气和尘粒混合流动的两相流的连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组,确定十字分流调节四通稳态湍流混合物速度场U(x,y,z)。
[0057] 可选的,上述连续性方程、N-S动量方程偏微分方程组的求解采用基于压力基求解的RNG k-ε湍流模型并结合simple算法进行。
[0058] 步骤2:根据步骤1得到的十字分流调节四通稳态湍流速度场U(x,y,z),代入式1,求得尘粒的滑移速度vdr,p:
[0059]   (式1)
[0060] 式中,vdr,p为尘粒的滑移速度,m/sρp为尘粒密度,m3/kg;ρm为混合物密度,m3/kg;dp为尘粒直径,m;fdrag为曳力函数;vq为空气速度,m/s,μq为空气动力粘性系数,m2/s。
[0061] 可选的,fdrag采用Schiller and Naumann模型进行求解得到。
[0062] 步骤3:根据步骤1得到的十字分流调节四通稳态湍流速度场U(x,y,z)和步骤2求解的尘粒的滑移速度vdr,p,代入式2所示的尘粒组分体积分数方程,对式2进行一阶迎风格式离散化,并利用高斯-赛德尔迭代进行求解,得到第二相即尘粒的体积浓度αp(x,y,z),从而得到下底板的尘粒浓度范围;
[0063]   (式2)
[0064] 式中,ρp为尘粒密度,m3/kg;t为时间,s;vdr,p为尘粒的滑移速度,m/s;Δmq为质量流量,kg/s。
[0065] 步骤4:根据步骤3得到的下底板的尘粒浓度范围,分别利用式3得到下底板的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m;同时利用式4得到下底板的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l;将αh-m在下底板上对应的曲线作为下底板的高尘粒浓度区和中尘粒浓度区分界线,即高中尘粒浓度区包络曲线;将αm-l在下底板上对应的曲线作为下底板的中尘粒浓度区和低尘粒浓度区分界线,即中低尘粒浓度区包络曲线;
[0066]   (式3)
[0067]   (式4)
[0068] 式中,αmax-h、αmin-l分别为下底板的最大尘粒浓度值和最小尘粒浓度值;ξ、ψ为区域划分常数,ξ/ψ越大,划分的高尘粒浓度区范围越大,低尘粒浓度区范围越小,需要防积尘粒沉积处理的区域范围就越大,弯头防积尘粒沉积的效果越好,但是防积尘粒沉积处理材料的增加产生的管道阻力会增大,费用也会相应增加。经过试验验证,选取1≤ξ≤2,0<ψ≤1能够有效降低管道阻力,实现较佳的防积尘粒沉积效果。
[0069] 步骤5:分别在步骤4得到的下底板上的中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上取足够多(不少于200个)离散点,并获取这些离散点的坐标值;采用Levenberg-Marquardt算法对中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合,得到原始拟合曲线方程,然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行处理,得到中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线对应的拟合曲线方程。
[0070] 从包络曲线上的点的坐标值可以看出,包络曲线上数值变化幅度不确定,参数量较多,采用优化计算领域中常用的各类迭代法时,参数初始值设定繁琐且计算难以收敛,无法求得正确结果,发明人进行了大量试验验证,发现采用Levenberg-Marquardt+通用全局优化算法,能够从任一随机初始值开始都能求得正确结果,进而能够得出各包络曲线对应的高精度、低残差的拟合曲线方程。
[0071] 步骤6:将步骤5得到下底板的每条拟合曲线方程作为下底板上各尘粒浓度区的分界线,得到下底板的高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区。
[0072] 步骤7:步骤6得到的下底板的高尘粒浓度区使用不锈钢洁净管材,中尘粒浓度区使用镀锌薄钢板。具体如下:
[0073] 高尘粒浓度区使用的不锈钢洁净管材的粗糙高度根据式5确定,中尘粒浓度区使用镀锌薄钢板的粗糙高度根据式6确定。由式5、式6可知,同一尘粒浓度区内使用的防积尘粒沉积材料粗糙高度随着尘粒浓度大小而不同,因此,在同一尘粒浓度区的不同尘粒浓度区段计算得到的防积尘粒沉积材料粗糙高度为一个或多个。
[0074]   (式5)
[0075]   (式6)
[0076] 式中,Hh为高尘粒浓度区采用的不锈钢洁净管材的粗糙高度,mm;Hm为中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板的粗糙高度,mm;K为弯管当量粗糙高度,mm;αmax-h为下底板的最大尘粒浓度值;αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;αm-l为划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的尘粒浓度阈值;α为高尘粒浓度区或中尘粒浓度区任意点处的尘粒浓度值。γ1、γ2分别为高尘粒浓度力区、中尘粒浓度区粗糙高度常数系数,当式5,6中INT函数值为1的时候取γ1,γ2=0.5,当式5,6中INT函数值不为1的时候取γ1,γ2=1;INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
[0077] 根据计算得到的下底板的各尘粒浓度区内需要采用防积尘粒沉积材料的粗糙高度,在在高尘粒浓度区域采用不锈钢洁净管材,在中尘粒浓度区域采用镀锌薄钢板,在同一尘粒浓度区内根据防积尘粒沉积材料的不同粗糙高度进行抛光,能够进一步降低管道阻力以及材料费用。
[0078] 实施例1
[0079] 以下给出本发明的具体实施例,需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例,凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
[0080] 遵从上述技术方案,本实施例中的十字分流调节四通的入口和出口的截面均为320mm×250mm,上顶板、下底板、所有侧面的材料为钢板,粗糙高度均为K=0.15mm,在弯头入口前端接有2m长的直管段,出口后端接有2m长的直管段。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中风管主管段风速为5~6.5m/s,最大不超过8m/s的要求,入口前端直管段入口风速取为6m/s。
[0081] 采用如下步骤对上述十字分流调节四通进行防积尘处理:
[0082] 步骤1:对于十字分流调节四通,采用基于压力基求解的RNG k-ε湍流模型并结合simple算法求解空气和尘粒混合流动的两相流的连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组,确定弯头稳态湍流混合物速度场U(x,y,z)。
[0083] 步骤2:根据步骤1得到的十字分流调节四通稳态湍流速度场U(x,y,z),代入式1,求得尘粒的滑移速度vdr,p。
[0084] 步骤3:根据步骤1得到的十字分流调节四通稳态湍流速度场U(x,y,z)和步骤2所求解的滑移速度vdr,p,代入式2所示的尘粒组分体积分数方程,对式2进行一阶迎风格式离散化,并利用高斯-赛德尔迭代进行求解,得到第二相尘粒即尘粒的体积浓度αp(x,y,z),从而得到下底板的尘粒浓度范围。
[0085] 步骤4:取α=β=1,利用式3得到下底板的划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值αh-m为:0.0126;利用式4得到下底板的划分中尘粒浓度区和低尘粒浓度区的阈值αm-l分别为0.011;将αh-m在下底板上对应的曲线作为下底板的高尘粒浓度区和中尘粒浓度区分界线,即高中尘粒浓度区包络曲线;将αm-l在下底板上对应的曲线作为下底板的中尘粒浓度区和低尘粒浓度区分界线,即中低尘粒浓度区包络曲线。
[0086] 步骤5:分别在步骤4得到的下底板上的中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上取200个离散点,并获取这些离散点的坐标值;采用Levenberg-Marquardt算法对中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合,得到原始拟合曲线方程;然后用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行不依赖初值的智能优化,得到相关系数大于0.99的中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线对应的拟合曲线方程。
[0087] 得到下底板上中低尘粒浓度区包络曲线、高中尘粒浓度区包络曲线对应的拟合曲线方程,见表1。下底板高尘粒浓度区区域包络曲线方程为1,中尘粒浓度区区域包络曲线方程为2。
[0088] 表1 包络曲线对应的拟合曲线方程
[0089]
[0090] (x*和y*为无量纲坐标,其中 r为弯头半径)
[0091] 步骤6:将步骤5得到下底板的每条拟合曲线方程作为下底板上各尘粒浓度区的分界线,得到下底板的高尘粒浓度区、中尘粒浓度区和低尘粒浓度区。
[0092] 步骤7:在步骤6得到的下底板的高尘粒浓度区采用不锈钢洁净管材,在中尘粒浓度区采用镀锌薄钢板。具体如下:
[0093] 根据式5,分别计算下底板的高尘粒浓度区内防积尘粒沉积材料粗糙高度(见表2);可见,下底板的高尘粒浓度力区内的不同区段得到的粗糙高度不同;
[0094] 根据计算得到下底板高尘粒浓度力区使用的防积尘粒沉积材料分为两种粗糙高度抛光。
[0095] 根据式6,分别计算下底板的中尘粒浓度力区内防积尘粒沉积材料粗糙高度;根据计算得到的下底板中噪音区内防积尘粒沉积材料粗糙高度,下底板中噪音区内防积尘粒沉积材料分为三种粗糙高度抛光。防积尘粒沉积材料及粗糙高度值如表2。
[0096] 表2 各尘粒浓度区防积尘粒沉积材料及粗糙高度
[0097]
[0098] 例如:下底板高尘粒浓度区不锈钢洁净管材抛光的粗糙高度Hh的求取如下:
[0099] 下底板的高尘粒浓度区域的为0.0126-0.0144,此时αh-m=0.0126(αh-m为划分高尘粒浓度区和中尘粒浓度区的阈值),αmax-h=0.0144(αmax-h为下底板的最大尘粒浓度值)。α的取值范围就是0.0126-0.0144。K为燕尾三通当量粗糙高度,取K=0.15mm。
[0100] 第一步:首先取α=0.0126代入式5可知:
[0101]
[0102] 因为INT是一个数值向下取整为最接近的整数的函数,
[0103] 所以INT[1.4285]=1,
[0104] 因为INT[1.4285]=1时,取γ1=0.5
[0105] 所以Hh=γ1×K=0.5×0.15≈0.08。
[0106] 第二步:同理:依次取α=0.0126-0.0132代入式5可知:
[0107] Hh=γ1×K=0.5×0.15≈0.08。
[0108] 第三步:取α=0.0132代入式5可知:
[0109]
[0110] 因为INT是一个数值向下取整为最接近的整数的函数,
[0111] 所以INT[2.0]=2,
[0112] 因为INT[2.0]=2≠1,取γ1=1.0
[0113] 所以Hh=γ1×K×0.5=1×0.15×0.5≈0.08。
[0114] 第四步:取α=0.0143代入式5可知:
[0115]
[0116] 在区间(0.0132-0.0143)之间,Hh=γ1×K×0.5=1×0.15×0.5≈0.08
[0117] 第五步:取α=0.0144代入式5可知:
[0118]
[0119] 因为INT是一个数值向下取整为最接近的整数的函数,
[0120] 所以INT[3.061]=3,
[0121] 因为INT[3.061]=3≠1,取γ1=1.0
[0122] 所以Hh=γ1×K×0.33=1×0.15×3-1=0.05
[0123] 所以计算出:Hh在下底板高尘粒浓度区域(0.0126-0.0144)中的0.0126-0.0143区域时,Hh=0.08mm。
[0124] Hh在下底板高尘粒浓度区域(0.0126-0.0144)中的0.0143-0.0144区域时,Hh=0.05mm。
[0125] 所以计算出同一尘粒浓度区内的不同尘粒浓度区段抛光的防积尘粒沉积材料粗糙高度可以不同。
[0126] 经本发明的上述方法进行防积尘粒沉积处理后的工业通风用洁净燕尾三通的尘粒浓度场分布如图5。经比较,本发明的工业通风用燕尾三通的防积尘粒沉积效果明显,最高将高尘粒浓度区域的尘粒浓度由0.0144减小到0.00648,降低了55%,将中尘粒浓度区域的尘粒浓度由0.0126减小到0.00517,降低了59%。与此同时,变粗糙高度的方法有效降低了防积尘粒沉积材料的抛光工程量及其产生的管道阻力,降低了初投资成本。
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