通风管道局部构件阻力系数的实验和数值模拟研究

摘要

在暖通空调工程中，泵与风机是最常见的流体机械，由于这些设备一般都是不间断或长时间工作，因此它们是耗能的主要设备，这类设备的正确选择、合理利用，对节能降耗具有十分重要的意义。在选择这类设备的过程中，一个重要的方面就是计算流体流动的阻力。要计算风道阻力，就必须确定管件的局部阻力系数。 本研究受河南省宏昌公司委托，利用试验和数值模拟两种手段，对45°三通、T型三通、90°弯管及其Z形组合进行了研究，分析了管道中的压力分布和速度分布，探讨了空气通过局部构件产生阻力损失的变化规律和机理，测量了局部构件对上下游管段的影响长度，并对组合弯管的水力特性相邻影响作了研究，对相邻影响系数(RatioofNetClosedCoupledξ/Uncoupledξ)随弯管间距离变化规律作了初步总结，对原因作了初步分析。 本课题的研究工作不仅深化了对单个局部构件阻力损失机理和变化规律的认识，而且为矩形90°弯管Z形组合的相邻影响规律的研究和预测提供了一定根据。

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引言

课题的内容

1国内外研究成果概述

1.1风管三通影响因素

1.2 90°弯管影响因素

1.3弯管中的流速及压力分布

1.4弯管局部阻力相邻影响的研究情况

1.4.1组合弯管的相邻影响系数C

1.4.2相邻影响原因浅探

2局部阻力系数计算公式

2.1单一常数损失系数

2.2长径比当量法

2.3 HOOPER的2-K(两个常数)法

2.4王桂秋的3-K(3个常数)方程法

2.5 ASHRAE采用计算方法

2.6Rameyer和DENT采用的方法

2.7 Bassett等人推出的解析公式

3实验内容与方案设计

3.1实验因素的确定

3.2风管系统设计

3.2.1进出口段长度的确定

3.2.2测量方法和测量断面、测点的确定

3.3实验步骤

3.3.1准备工作

3.3.2测量步骤

3.4实验数据整理与误差分析

4 90°弯管试验结果与分析

4.1高为500MM的90°弯管压力分布

4.2高为300MM的90°弯头压力分布(风速4.5m/s)

4.3边壁压力分析

4.4 90°弯管局部阻力系数与雷诺数的关系

4.5 90°弯管局部阻力相邻影响

4.5.1 Z形组合弯管压力分布

4.5.2高为500mm的90°弯管(r/b=1.7)Z形三种组合试验结果

4.5.3高为300mm的90°弯管(r/b=0.6)Z形组合实验结果

5三通试验结果与分析

5.1 45°三通试验结果与分析

5.1.1 45°管件前后压力分布

5.1.2 45°三通局部阻力系数表

5.2高500MM三通试验结果与分析

5.2.1构件前后压力分布

5.2.2局部阻力系数表

5.3高300MMT型三通实验结果与分析

5.3.1管件前后压力分布

5.3.2局部阻力系数表

5.4三种类型的三通局部阻力系数曲线图及其变化规律的比较

6数值模拟理论及FLUENT介绍

6.1湍流数值模拟方法

6.1.1 k-ε两方程模型

6.1.2 k-ω模型

6.2壁面函数法

6.3 SIMPLE算法

6.4 FLUENT计算过程简介

7数值模拟结果与分析

7.1网格划分

7.2迭代计算

7.3高500MM90°弯管模拟结果与分析

7.3.1压力场和速度场分布(风速5.5m/s)

7.3.2模拟和实验局部阻力系数比较和分析

7.4高300 mm的90°弯管Z形组合相邻影响系数

7.4.1压力和速度分布

7.4.2局部阻力系数和相邻影响系数

8结论及建议

8.1结论

8.2建议

致谢

参考文献

附录