1 引言

大多数的工业生产中都会有污染物的产生，如有害气体、有害蒸汽、粉尘、余热和余湿等。控制作业场所中的污染物，污染物的散发与扩散，局部通风是常用且有效的控制措施。传统排风罩（接受罩除外）仅以吸气流作为控制气流，气流沿轴线吸入速度衰减极快，作用距离短。新型的Aaberg排风罩以射流作用下吸气流动作为控制气流，完全克服了传统排风罩的缺点，不但作用距离远，且吸气具有定向性。这种控制气流是丹麦制造商C.P.Aaberg首先提出的，因此将采用该种控制气流的排风罩称为Aaberg排风罩^[1]。从现有的国内外研究成果来看，还远未确定保证该种控制气流的各种参数，该种排风罩还不能应用于工业生产。为了更准确的描述和有效应用射流作用下吸气流动，还需对其进行深入的且具有创新性研究工作。

在实际生产中，三维排风罩应用广泛，本文通过在圆形Aaberg排风罩的喷口内设置不同叶型的导流叶片，形成了新型的旋转扇形射流作用下吸气流动，并对该种气流进行了详细的实验研究和理论分析。

2 旋转扇形射流作用下吸气流动的形成

圆形Aaberg排风罩是一个射流喷口与吸风口的复合装置，由内外两个圆筒套在一起，内筒就是吸气风管，外筒连接送风管。在套筒的顶端，内、外筒分别连接上、下两个相互平行且外径相同的圆环形法兰，两法兰之间的缝口既是射流喷口。导流叶片的叶型采用截取圆弧的一段，其定型尺寸根据下法兰的内、外半径，叶片的进、出口安装角及喷口宽度确定。将导流叶片等间距的设置在射流喷口内，当气流沿着导流片流出喷口时，出射流相对于径向将产生一定的偏转角度，由于惯性，气流仍然保留原有的运动状态，随着射流向四周不断扩展，主流速度的方向也在改变，相比出口速度有一定的旋转，故称之为旋转扇形射流，并将射流初始速度矢量与法兰在出射点的切线所夹的角度定义为旋转角。

旋转扇形射流作用下吸气流动是旋转扇形射流与吸口吸气流联合作用的结果。射流垂直于吸气流的轴心射入周围静止的环境流体中，射流一方面起到屏蔽作用，阻挡了罩后的空气被吸口吸入，使吸气流控制在罩口所在平面的上半球空间区域内；另一方面射流在向四周不断扩展的同时，卷吸周围的空气进入射流的主体流段，在吸气区域生成射流诱导流，并与吸口吸气流复合成旋转扇形射流作用下吸气流动。形成该种控制气流至关重要的一个前提就是旋转扇形射流要保证足够的射流初始速度，使射流摆脱吸口的抽吸作用而射入周围空间，保证旋转扇形射流作用下吸气流动形成的最小射流初始速度就是旋转扇形射流的临界射流速度。

3 实验台的构建与相关的实验测量

旋转扇形射流作用下吸气流动的实验台搭建在长宽高为25m×6m×6m通风实验室内，这样，保证旋转扇形射流作用下吸气流不受空间限制且无任何障碍物的阻挡与影响。实验室门窗具有良好的密闭性，室内空气分布均匀，气体流动微弱，从而尽量避免实验测量值受到外界因素的干扰。整个实验系统包括带有导流叶片圆形Aaberg排风罩、排风管、送风管、引风机与送风机各一台。其中送风管直径200 mm，管长7m，排风管直径300mm，管长8m，压力测孔开在风管的中部，这样可保证管段中气流均匀，使测量值更准确。旋转扇形射流作用下吸气流动的实验系统示意图见图1。

图1 旋转扇形射流作用下吸气流动的实验系统示意图
1.排风机 2. 送风机 3.排风管 4. 送风管 5. 带有叶片圆形Aaberg排风罩 6.笛形管流量计
7.送风调节阀 8.排风调节阀 9.接倾斜式微压计 10. 排风管接至室外

图2带有叶片圆形Aaberg排风罩

4 旋转扇形射流临界射流速度的回归分析

旋转扇形射流作用下吸气流动的临界射流速度有上临界速度和下临界速度之分^[2]。为了研究保证该气流对射流速度的最低要求，实验过程中采用下临界速度，即在圆形Aaberg排风罩的定型尺寸和吸气量一定的前提下，送风气流以较大的初始速度从喷口射出，然后逐渐减小吹气量到刚好保证射流轴线不弯曲时的射流速度。

从实测数据的定性分析可知，在法兰外径、喷口宽和叶片数一定，吸口直径、旋转角和吸气量三个变量与旋转扇形射流作用下吸气流动的临界射流速度有如下关系：在保持另两个因素不变的前提下，临界射流速度随吸口直径增大而增大，随着旋转角的减小而减少，随着吸气量的增加而增大。但这种变化关系并不是线性的，即变量之间是非线性关系，故采用幂函数来建立关系式。

设临界射流速度与各因素之间的关系为：

（1）

式中 A₀、a₁

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