專利名稱：一種新型擴散彎道的制作方法
技術領域：
擴散彎道是接裝于風機擴散器之后的通流元件，其作用一是回收動壓；二是將含有有害雜質氣體的空氣排放到足夠的高度，以減輕對周圍環境的污染。它廣泛應用于廠礦企業等國民經濟的各行各業。
背景技術：
目前國內廠礦企業等單位通風用的擴散彎道主要有兩種形式，一是蘇式60°型擴散彎道；二是東工流線型擴散彎道。蘇式60°型擴散彎道，由于其內外邊界線形不符合流體力學要求，在內邊界線出風口處有較大的回風渦流區，從而影響風機能量的有效利用，其擴散效率只有14.33％；東工流線型擴散彎道的邊界形式是用流體力學的方法確定的，因而其性能要比蘇式60°好，但這種擴散彎道也未能完全消除內邊界線出風口處的渦流回流現象，其擴散效率也只達到29.65％。渦流區的出現表明氣流的邊界層發生了分離。從技術上說，擴散彎道中氣流邊界層是否發生分離主要取決于其界面的形狀即流型，因為它直接影響到氣流流動的方向。
發明內容
為了克服現有擴散彎道擴散效率低、對能源有效利用率差的缺陷，本實用新型通過模型試驗及流體力學理論分析，提供了一種新型的流線型擴散彎道，該擴散彎道不僅防止了內外邊界出口處的渦流回流現象，而且還具有擴散效率高、對能源有效利用率大的特點。
本實用新型解決技術問題所采用的技術方案有兩方面(1)擴散彎道的小模型試驗擴散彎道模型的內外邊壁用薄木板組成，以保證其邊界形式可調，模型的底板設置坐標紙，用于記錄擴散彎道模型的邊界曲線，模型的內部用細鹽粒作為流場顯示物，作為用流體力學設計邊界流型的依據。試驗時調整擴散彎道模型的邊界形式，用微壓計測量模型入口斷面的負壓，用速度測針測定出口斷面的速度，用溫度計、干濕計、氣壓計測定大氣密度，并通過計算來評定擴散彎道的性能。經多方案的對比試驗確定，當內外邊界流線上匯流點的高度分別取1.732h和0.95h(h為進風道高度)；氣流在內外匯流點處的匯流角分別取60°；兩匯流點之間的距離取1.52h時，所得的理論流型與試驗流型相吻合。為使擴散彎道外邊界線頂端的位置達到工程上所規定的1.4h的最低高度，過外匯流點作與水平成50°夾角的直線，擴散彎道具有最佳的性能，它消除了內邊界出口處的渦流回流現象。
(2)擴散彎道的流體力學理論分析在用試驗法確定出擴散彎道內外邊界線匯流點的位置及出流匯流角的條件下，用流體力學理論來設計其邊界形式。在圖2所示的坐標系下，本實用新型的內邊界線方程為y1=2d1(4-3θ1π)---(1)]]>外邊界線方程為
y2=1.714d2(4-3θ2π)---(2)]]>(1)、(2)兩式中y1-內邊界線上某點的縱坐標y2-外邊界線上某點的縱坐標d1-內邊界線上匯流點到風道頂端的高度，d1＝0.732h；d2-外邊界線匯流點高度，d2＝0.95h。
θ1-內邊界線上某點與坐標原點C連線的幅角θ2-外邊界線上某點與坐標原點D連線的幅角此時，θ1取值范圍為 θ2取值范圍為
圖1為本實用新型內外邊界線、以及其上匯流點的位置關系圖，其中h為進風道高度，AC為擴散彎道內邊界線，BD為擴散彎道外邊界線C為內邊界線上匯流點，D′為外邊界線上匯流點；a1為內匯流點處的匯流角；a2為外匯流點處的匯流角；圖2為擴散彎道邊界方程所依據的坐標系的布置情況，其中x1Cy1為內邊界線所在的坐標系；x2Dy2為外邊界線所在的坐標系。
圖3反映了本實用新型的作圖情況。
圖4為三種擴散彎道出口流速分布。其中a為蘇式60°型；b為東工流線型；c為本實用新型，橫坐標表示擴散彎道出風口處內邊界至外邊界沿寬度方向上的距離，縱坐標表示測點處的速度與出口斷面的平均速度的比值。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。設軸流通風機后方的進風道A-B斷面的高度為h，應用式(1)和式(2)設計本實用新型的步驟如下(1)確定內邊界線上匯流點坐標。令d1＝0.732h，擴散彎道內邊界線匯流點C到風道出口斷面A-B的水平距離為L。圖2中，設擴散彎道內邊界線與風道進口斷面頂端的交點為A，將y1＝d1，代入(1)式得-d1=-2d1(4-3θ1π)]]>
由圖2可知，當θ1＝210°，有γ＝30°因此，知道了C點所處的高度，C點距風道進口斷面的水平距離L就可以確定了。
(2)作擴散彎道內邊界線。以C為原點，給定一系列θ1的值，并代入式(1)中，即可求出對應的y1值，列于表1中。將相應的交點0、1、2、3、4、5、6用圓滑曲線連接起來即得擴散彎道的內邊界線。
(3)確定擴散彎道外邊界線的匯流點D′點的位置。由試驗得知，由點作與水平成-30°的直線CD′，當CD′/AB＝1.52時，擴散效果最好，因此可確定D′點的具體位置。
(4)作擴散彎道外邊界線。以D′為原點，給定一系列θ2值，根據式(2)可算出相應的y2值，列入表1中，按照畫內邊界線的方法即可得到擴散彎道外邊界線的曲線段，再過D′點作與水平成50°夾角的直線段D′D，使擴散彎道的外邊界線頂點達到規定的1.4h的高度。
表1擴散彎道內外邊界線點的位置與幅角之間的關系 按上述方法設計的本實用新型的最低高度為1.4h，如想繼續加高擴散彎道，加寬出風斷面，可在原擴散彎道基礎上加高。加高的方法是在內邊界線上過頂點C作與水平成60°夾角的直線CM，在外邊界線上過頂點D作與水平線成50°夾角的直線DN，并使MN平行于CD，得到加高后的擴散彎道。圖3反映了本實用新型邊界的作圖情況。
本實用新型的有益效果眾所周知，擴散彎道的性能可用靜壓恢復系數、壓力損失比、擴散效率等技術參數來表征。為測試本實用新型擴散彎道的性能，在吹風試驗臺上進行了吹風對比試驗。所用的三種擴散彎道的形式為蘇式60°型、東工流線型、本實用新型。它們的入口尺寸均為500mm×500mm。試驗是在雷諾數Re＞5×105范圍內進行的，使氣流的特性處于阻力平方區，以保證和工程實際的動力相似。每種擴散彎道通過風量調節，測試五組參數，這樣每一個性能參數有五個數據再取平均值，表2中列出了這三種擴散彎道的各種性能參數。
表2.三種擴散彎道的性能參數對比 吹風測試結果表明，三種擴散彎道中，本實用新型的性能最好，它的靜壓恢復系數比蘇式60°型和東工流線型分別提高了36.1％和23.8％；擴散效率比蘇式60°型和東工流線型分別提高了41.39％、26.07％。為了解這幾種擴散彎道的出口速度分布狀況，試驗用速度測針和皮托管測試了出口處氣流的速度，結果如圖4所示。所試驗的三種擴散彎道中只有本實用新型消除了內邊界出口處的渦流回流現象，從而證實了這種擴散彎道的界面形式是最為合理的，其性能優于目前使用的幾種擴散彎道的性能。
權利要求1.新型擴散彎道，其特征是內邊界流線上匯流點的高度分別取1.732h(h為進風道高度)，外邊界流線上匯流點的高度為0.95h；氣流在內外匯流點處的出流角(α1、α2)均為60°；兩匯流點之間的距離為1.52h，其內邊界流線方程為y1=2d1(4-3θ1π);]]>外邊界流線方程為y2=1.714d2(4-3θ2π),]]>上兩式中y1—內邊界線上某點的縱坐標y2—外邊界線上某點的縱坐標d1—內邊界線上匯流點到風道頂端的高度，d1＝0.732h；d2—外邊界線匯流點高度，d2＝0.95h。θ1—內邊界線上某點與坐標原點C連線的幅角θ2—外邊界線上某點與坐標原點D連線的幅角此時，θ1取值范圍為76π~43π,]]>θ2取值范圍為4136π~43π.]]>
2.根據權利要求1所述的擴散彎道，其特征是通過外邊界流線匯流點作與水平成50°夾角的直線，使外邊界線頂端D的位置達到工程上所規定的1.4h的高度。
3.根據權利要求1所述的擴散彎道，其加高特征是加高的內邊界線部分是內邊界線匯流點C以上、與水平成60°夾角的直線(CM)部分；加高的外邊界線部分是外邊界線匯流點D以上、與水平線成50°夾角的直線(DN)部分，且MN平行于CD。
專利摘要一種擴散彎道，能高效地回收動壓，并把含有有害雜質的氣體排放到足夠的高度，以減輕對周圍環境的污染。它的內外邊界形式是流線形的，具體是內、外邊界流線上匯流點的高度分別取為1.732h和0.95h；氣流在內、外匯流點處的出流角均取為60°(h為進風道高度)，兩匯流點之間的距離為1.52h。根據流體力學理論，確定出擴散彎道內外邊界流線的方程。這樣的擴散彎道，不僅防止了內外邊界出口處的渦流回流現象，而且還具有擴散效率高、對能源有效利用率大的特點，其靜壓恢復系數和擴散效率分別較目前所用擴散彎道分別提高了23.8％～36.1％和26.07％～41.39％。
文檔編號F04D29/40GK2742202SQ20032012288
公開日2005年11月23日 申請日期2003年12月26日 優先權日2003年12月26日
發明者陶峰, 陳玨 申請人:陶峰