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环形射流作用下吸气流动的研究           ★★★★ 【字体：小 大】
环形射流作用下吸气流动的研究
作者：董立国 林…    文章来源：不详    点击数：    更新时间：2006-11-12


文章摘要： 无标题文档 一、引言 　　消除生产车间有害物污染的关键设备是局部排风罩，其技术性能对局部排风系统的经济效果有很大的影响，常用的排风罩对于污染物的控制依靠单纯的吸气流动，但其吸入速度衰减较快。另一类吹吸式排风罩，利用射流与吸气流动形成复合气流，但由于其射流的特性，即遇到障碍物时射流易破裂，造成控制效果恶化。因此，有必要研究一种新型的吸气流动方式，使之既有良好的控制效果，又可以减少排风罩控制污染物所需的排风量。20世纪80年代，丹麦C.Y.Aaberg提出射流作用下吸气流动原理。我国学者在20世纪90年代初，将该原......



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一、引言

　　消除生产车间有害物污染的关键设备是局部排风罩，其技术性能对局部排风系统的经济效果有很大的影响，常用的排风罩对于污染物的控制依靠单纯的吸气流动，但其吸入速度衰减较快。另一类吹吸式排风罩，利用射流与吸气流动形成复合气流，但由于其射流的特性，即遇到障碍物时射流易破裂，造成控制效果恶化。因此，有必要研究一种新型的吸气流动方式，使之既有良好的控制效果，又可以减少排风罩控制污染物所需的排风量。20世纪80年代，丹麦C.Y.Aaberg提出射流作用下吸气流动原理。我国学者在20世纪90年代初，将该原理应用到对污染物的控制方面[1]。该吸气流动的特点是吸气受射流作用，但不是二者的复合。利用射流限制吸气流动的流动区域，同时射流本身又具有卷吸作用，使其在达到单吸气流相同的效果时，风量大量减少，同时不受障碍物的影响。为了更好研究和利用这种吸气流动，笔者在二维射流作用下吸气流动性的研究基础上，分别在实验、理论上对环形射流作用下吸气流动做了定量研究。研究内容包括：吸气流动的临界射流速度、吸气流动的速度分布和吸气流动的有效范围。

二、实验测定

1.实验装置
　　为了进行相关的实验研究，笔者设计了一套吸气系统和吹气系统组成的实验装置(如图1所示)，包括流量测量仪器，分别为风速仪，流量调节阀，风口(见图2)，叶片(均为有机玻璃加工制成)。风口的宽度由叶片的高度调节。

1.接至室外的管道 2.吸气风机3.吸气调节阀 4.吸气流量 5.吹气风机 6.毕托管 7.吹气调节阀 8.风口
图1 实验装置系统图


图2 风口示意图
　　实验流场显示采用发烟装置发烟观测来实现。为了确定风口外流畅坐标，在靠近和远离风口处设置一个与风口轴相对称的相同的网格直角坐标，网格的四框上固定的细线构成优点是观察方便，不影响气流运动。

2.测试内容
　　本课题实验测量的内容包括临界速度、吸气速度场和有效作用范围。实验一共考虑了三个因素：吹气口的宽度(即导叶片的宽度)，吸气风机的吸气量和导叶片的数量。其中吹气口有5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、五种。叶片数有8片，16片，24片三种类型。吸气量用倾斜式测压计测量，分别为2800m3/h、2500m3/h、2200m3/h、2000m3/h、1800m3/h。总共需做75组不同工况的实验。实验中，首选确定吸气量，吹口宽度和叶片数，然后调节吹气量，使之达到临界状态时，测量数据，最后利用发法测量有效作用范围。

三、临界射流速度

　　环形射流作用下吸气流动与二维相同，仍包括上、下两个临界速度[1]。环形乘风破浪充上扣临界速度定义为：在一定的吹气宽度、吸口直径、吸气量下，初始射流出口速度较大，逐渐降低射流出口速度，直到射流轴线将向吸口弯曲，此时的吹气口射流速度即为临界速度。
　　实验中通过测量吹气系统吹气量，根据已确定吹气口宽度及其外径计算临界速度。射流的轴线弯曲通过发烟观察确定。
　　实验过程中，测量了75种不同工竘下的临界速度。应有回归分析的方法[2]得到临界射流速度与叶片数、吸气量和吹气口宽度的关系为：
　　　　　　(1)
　　Z--------叶片数(片)
　　L--------吸气量(m3/h)
　　b--------吹气口宽度(mm)
　　由(1)式可风：临界速度随叶片数的增多而减小，随吸气量的增加而增加，随吹气口的宽度增大而减小。

四、流声的速度分布　

　　单纯吸气流动的速度衰减极快，而射流作用下的吸气流动，由于射流的卷吸作用，其吸气范围减小，所以同单纯的吸气流动相比，速度的衰减要比单纯的吸气流动慢得多。以吸气量为2000m3/h为例，为环形射流作用下的吸气流动的轴心速度分布与单纯吸气流动的轴心速度进行比较(叶片数16片)，如图3所示。由该图可见，在吸气量相同的情况下，有环形射流作用下的吸气流动的无量纲的速度要比同一点单纯吸气流动的要大得多。同时，无论有环形射流作用还是单纯的吸气流动，无量纲的速度与元量纲的距离大致成线性关系。
　　射流作用下吸气流动的复杂性，导致了边界条件及相关的理论计算的困难，特别是射流为环形射流。本文利用相似变换的方法[4]的模型方程进行求解。
　　对于一个偏微方程或方程组，如果存在一个或多个变量能使其蜕化为常微分方程或方程级，那么这一个或多个变量就称为相似变量，而这一个偏微方程或者方程组所描述的物理过程就存在自相似性。对于一个适定的问题，相似变量是唯一的。所以，可以确定相似变量的存在条件就是自相似的存在条件。
　　相似分析法的导出过程如下：
　　（1）定义线性变换群并将其代入原始方程。
　　（2）令每一个方程对于变换群是不变的，由此推出变换常数之间的生态系统。
　　（3）消去变换参数，得到绝对变量。
　　（4）用线性变换群代入边界条件，看是否与绝对变量有关。若是，则绝对变量就是相似变量：若否，则该问题没有相似解。
　　本文利用k-ε方程模型，在忽略叶片数及其入口、出口角的情况下，经过相似变换，得到常微分方程组。在根据相应的边界条件，通过数值计算的解法，

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