室内吸风口附近流场的数值研究

摘要

在室内空间中,排气风机通过吸风口产生吸气效应使其附近受影响的空气由静止状态,产生出一个指向吸风口方向的速度,在吸风所能影响的最大边界处,速度存在从无到有的过渡变化。采用吸风排除室内污染物的时候,需要了解吸风口附近什么样的区域内流动速度可以达到抽动污染物的要求。本文采用数值模拟的方法,研究了吸风口直径与安装位置距离屋顶高度之比为0.17,吸风口直径为0.173m,吸风量为0.14m3/s,吸风口附近流场的速度分布及吸风所能影响的区域。
　　研究表明,对于吸风口直径与安装位置距离屋顶高度之比小于0.35的情况,可以将物理模型简化为室内大空间单壁面吸风来处理,在安装吸风口的墙面采用无滑移条件配合壁面函数法,对室内计算域的其余界面采用压力入口条件,选用-eRNGk模型和标准压力差值格式,可以取得良好的数值模拟结果。
　　按照排除污染物质的不同需要,常将吸风造成的气流速度达到某个值(可称为工作速度)的区域作为其有效影响范围。
　　研究发现,圆形的贴壁式吸风口所形成的影响区域随工作气流速度的选取是变化的。速度较高时,影响区域可用长轴在径向的半椭球来描述,随速度减小,影响区域椭球径向上的长轴逐渐变短,轴向上的短轴逐渐变大。对于排风管平均风速为5.96m/s的情形,工作速度2m/s对应的影响范围半椭球的径向长轴为吸风口直径的0.7倍,轴向短轴为的0.45倍;工作速度0.3m/s对应的影响范围半椭球的轴向长轴为吸风口直径的1.6倍,径向短轴为1.55倍;
　　考虑吸风口平面前方影响区域,圆形的内伸式吸风口所形成的影响区域随工作气流速度的选取也是变化的,同圆形贴壁式吸风口的情况类似。工作速度2m/s对应的影响范围半椭球的径向长轴为吸风口直径的0.62倍,轴向短轴为的0.44倍;工作速度0.3m/s对应的影响范围半椭球的轴向长轴为吸风口直径的1.28倍,径向短轴为1.23倍;
　　长宽比为6:1矩形贴壁式吸风口所形成的影响区域,工作速度0.3m/s对应的沿轴心线方向最远影响距离为吸风口当量直径的1.54倍,沿着与矩形吸风口短边平行方向为1.75倍,沿着与矩形吸风口长边平行方向为2.13倍;
　　长宽比为6:1矩形的内伸式吸风口,考虑吸风口平面前方影响区域,工作速度0.3m/s对应的沿轴心线方向最远影响距离为吸风口当量直径的1.21倍,沿着与矩形吸风口短边平行方向为1.21倍,沿着与矩形吸风口长边平行方向为1.78倍。