導(dǎo)語：如何才能寫好一篇空氣流體力學(xué)原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：風(fēng)機翼型 數(shù)值模擬 鍋爐仿真

1.熱能動力工程的研究方向

熱動主要研究熱能與動力方面，是跨熱能與動力工程、機械工程等學(xué)科領(lǐng)域的工程應(yīng)用型專業(yè)。目前我國有120多所院校開設(shè)有該專業(yè)，它由舊本科的九個相關(guān)專業(yè)合并而成，包括了原來的熱力發(fā)動機（080311）、熱能工程（080501）、流體機械及流體工程（080313）、熱能工程與動力機械（080319W）、制冷與低溫技術(shù)（080502）、能源工程（080506W）、工程熱物理（080507W）、水利水電動力工程（080903）、冷凍冷藏工程（081409）專業(yè)。

熱動主要學(xué)習(xí)機械工程、熱能動力工程和工程熱物理的基礎(chǔ)理論，學(xué)習(xí)各種能量轉(zhuǎn)換及有效利用的理論和技術(shù)。專業(yè)通過理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程制圖、機械設(shè)計、電工與電子技術(shù)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、控制理論、熱工測試技術(shù)以及專業(yè)方向課程的學(xué)習(xí)，使我們具備工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)和熱工測試技術(shù)等熱能與動力工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、實驗技能和基本專業(yè)知識，掌握制冷空調(diào)設(shè)備、制冷裝置、動力機械與動力工程、流體機械等設(shè)計、制造和實驗研究的基本技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，它是一個寬口徑的專業(yè)，拓展空間很大，就業(yè)方向很廣，有電廠熱能工程及其自動化方向、工程熱物理過程及其自動控制方向、流體機械及其自動控制方向、空調(diào)制冷方向等。同時，熱動還是現(xiàn)代動力工程師的基本訓(xùn)練，可見熱動是現(xiàn)代動力工程的基礎(chǔ)。

2.熱能工程技術(shù)在能源方面需要解決的問題

能源問題在當(dāng)今社會舉足輕重，熱能與動力工程專業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位可想而知。

能源動力工業(yè)是我國國民經(jīng)濟與國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)和支柱型產(chǎn)業(yè)，同時也是涉及多個領(lǐng)域高新技術(shù)的集成產(chǎn)業(yè)，在國家經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展中一直起著極其重要的作用。

風(fēng)機是一種裝有多個葉片的通過軸旋轉(zhuǎn)推動氣流的機械。葉片將施加于軸上旋轉(zhuǎn)的機械能，轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿託怏w流動的壓力，從而實現(xiàn)氣體的流動。風(fēng)機廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、鍋爐和工業(yè)爐窯的通風(fēng)和引風(fēng)，礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風(fēng)、排塵和冷卻等[1]。尤其是在電站，隨著機組向大容量、高轉(zhuǎn)速、高效率、自動化方向的發(fā)展，電站也對風(fēng)機的安全可靠性提出了越來越高的要求，鍋爐風(fēng)機在運行中常發(fā)生燒壞電機、竄軸、葉輪飛車、軸承損壞等事故，嚴(yán)重危害設(shè)備、人身安全，也給電廠造成巨大的經(jīng)濟損失[2]。此外，風(fēng)機一直是電站的耗電大戶，電站配備的送風(fēng)機、引風(fēng)機和冷煙風(fēng)機是鍋爐的重要輔機，降低其耗電率是節(jié)能的一項重要措施。

3.熱能專業(yè)中工業(yè)爐的發(fā)展

工業(yè)爐是在工業(yè)生產(chǎn)中，利用燃料燃燒或電能轉(zhuǎn)化的熱量，將物料或工件加熱的熱工設(shè)備。

中國在商代出現(xiàn)了較為完善的煉銅爐，在春秋戰(zhàn)國時期，人們在熔銅爐的基礎(chǔ)上進(jìn)一步掌握了提高爐溫的技術(shù)，從而生產(chǎn)出了鑄鐵。1794年，世界上出現(xiàn)了熔煉鑄鐵的直筒形沖天爐。后到1864年，法國人馬丁運用英國人西門子的蓄熱式爐原理，建造了用氣體燃料加熱的第一臺煉鋼平爐。隨著現(xiàn)代化管理水平的提高，計算機控制系統(tǒng)的不斷完善，現(xiàn)代連續(xù)加熱爐也應(yīng)運而生. 現(xiàn)代連續(xù)加熱爐爐型可以歸入兩大類：推鋼式爐和步進(jìn)式爐。兩類爐型的根本區(qū)別，僅在于爐內(nèi)的輸料方式。

4.爐內(nèi)燃燒控制技術(shù)

其燃燒控制是步進(jìn)爐的核心技術(shù)之一，手動控制已被自動控制方式所取代。目前大規(guī)格鋼錠推鋼式加熱爐可選用的燃燒自控方式通常有：

（1）空燃比例連續(xù)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃?xì)獗壤y、空氣/燃?xì)怆妱拥y、空氣/燃?xì)饬髁坑嫛犭娕?、氣體分析裝置、PLC等組成。工作原理是由熱電偶或氣體分析裝置檢測出來的數(shù)據(jù)傳送到PLC與其設(shè)定值進(jìn)行比較，偏差值按比例積分、微分運算輸出4-20 mA的電信號分別對空氣/燃?xì)獗壤y和空氣/燃?xì)怆妱拥y的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制空氣/燃?xì)獗壤蜖t內(nèi)溫度之目的。

（2）雙交叉限幅控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃?xì)饬髁块y、空氣/燃?xì)饬髁坑?、熱電偶等組成。工作原理是：通過一個溫度傳感器熱電偶把測量的溫度變成一個電信號，該信號表示測量點的實際溫度，該測量點的溫度期望給定值是由預(yù)存貯在上位機中的工藝曲線自動給定的。根據(jù)這兩個溫度值偏差的大小，PLC自動校準(zhǔn)燃?xì)?空氣流量閥的開度。該閥通過電動執(zhí)行機構(gòu)定位。空氣/燃料比控制，借助于孔板和差壓變送器來測量空氣流量，燃?xì)獾牧髁渴墙柚谝慌_安裝在燃?xì)庵Ч苌系馁|(zhì)量流量計來測量，使精確的溫度控制得以實現(xiàn)。

5.軟件仿真鍋爐風(fēng)機翼型葉片

由于鍋爐葉輪機械內(nèi)部流場非常復(fù)雜，并帶有強烈的非定常特征，進(jìn)行細(xì)致的實驗測量非常困難，目前尚沒有完善的流體力學(xué)理論解釋諸如流動分離、失速和喘振等流動現(xiàn)象，這就迫切需要可靠詳細(xì)的流動實驗和數(shù)值模擬工作來了解機械內(nèi)部流動本質(zhì)。將利用軟件對鍋爐風(fēng)機翼型葉片進(jìn)行二維的數(shù)值模擬，研究空氣以不同的方向流入翼型葉片入口所造成的流動分離。根據(jù)數(shù)值模擬的一般步驟：創(chuàng)建二維模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)定邊界條件和區(qū)域，輸出網(wǎng)格，再利用求解器求解，對不同空氣來流攻角角下的流動進(jìn)行二維數(shù)值模擬。在得到模擬結(jié)果后，對不同攻角下模擬所得到的速度矢量圖進(jìn)行比較分析，得出鍋爐風(fēng)機翼型邊界層分離和攻角的關(guān)系。（作者單位：遼寧工程技術(shù)大學(xué)）

參考文獻(xiàn)：

[1] 安連鎖.泵與風(fēng)機[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2] 袁春杭.鍋爐引風(fēng)機事故的預(yù)防[J].中國鍋爐壓力容器安全，2005，14（6）：38-39.

篇2

關(guān)鍵詞：流體壓強； 伯努利原理； 相對運動

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315（2012）02-026-001

一、初中教材中流體壓強引起的爭議

教師：大量事實和研究表明，流體的流速越大，壓強越小。利用這一原理可以解釋很多現(xiàn)象，比如最簡單的現(xiàn)象如圖1，向兩張紙中間吹起，兩張紙吸到一起。理由是兩張紙中間的空氣流速快，所以壓強小，紙的內(nèi)外兩側(cè)壓強不一樣，紙受到的壓力就不一樣，所以兩張紙在力的作用下向中間靠攏。

學(xué)生：老師，我有不同意見，如果以中間向右流動的空氣為參照物，那么兩張紙外側(cè)的空氣就會向左運動，而且速度比兩張紙中間的速度快，根據(jù)剛才的結(jié)論，流體的流速越大，壓強越小，那么就應(yīng)該得到兩張紙在力的作用下向外側(cè)運動。

教師：……

以上是筆者教學(xué)過程中一個片斷，這部分內(nèi)容在八下（蘇科版）第88頁。教材中對于流體壓強與流速的關(guān)系只有一頁的篇幅介紹。根據(jù)教材中的內(nèi)容確實無法回答這個問題。另外流速是矢量，而壓強是標(biāo)量，所以遇到“相對運動”時會無言以對。由于中學(xué)教材往往考慮到學(xué)生的年齡特點、學(xué)習(xí)水平，所以把伯努利方程簡單化，但是這一句話卻無法回答學(xué)生的這個相對運動的設(shè)想。

二、伯努利方程推導(dǎo)

1.伯努利方程適用條件

伯努利方程表述的是理想流體作定常流動時，流體中壓強和流速的規(guī)律。

常見流體的動力粘性系數(shù)μ都很小，當(dāng)流場中的速度變化率不大時，流體的剪切應(yīng)力很小，與流體受到的重力等相比可以忽略不計。這種不可壓縮、沒有粘滯性的液體叫做理想流體。理想流體是為處理問題方便而人為引入的假想模型。真實流體都是有粘性的。理想流體中因沒有剪應(yīng)力的作用，所以我們在討論伯努利方程的時候非常便利。

假如流場中曲線每點上的切線都和此點的流速方向重合，這樣作出的曲線叫流線。如果每一點的速度隨著時間變化而變化，則在不同瞬時拍出的照片將顯示不同的流線族，在某一瞬時所有流線的集合構(gòu)成此瞬時的流譜。如果每點的速度與時間無關(guān)，則每一瞬時的流譜相同，這樣的運動叫做定常運動。如果運動是定常的，那么軌跡與流線重合。

2.利用微元法進(jìn)行推導(dǎo)

我們就假設(shè)有如圖2一段橫截面積連續(xù)變化的水平流管，取管內(nèi)的一小段水平流體微元A，其兩端的截面與流動方向是垂直的。流體微元的長度為l，加速度為a。我們可以想象在水平方向上有一個力場，此力場的加速度為a。顯然，我們可以認(rèn)為在上述流體微元的左右兩端之間的壓強差應(yīng)為：

Δp=ρadl=ρvdv

所以∫dp=∫ρvdv

式中P為某點流體壓強,單位:Pa；ρ為流體密度，單位:kg/m3；v為流體速度,單位:m/s;g為重力加速度,單位:m/s2.

從伯努利方程可知:當(dāng)流體速度增大時,流體的壓強減小,反之，當(dāng)流體速度減小時,流體的壓力增大。

三、以慣性系為參照物，研究兩張紙的受力情況

假設(shè)兩張紙中間B點的氣體的流速相對于地面是勻速不變的，以B點為參照物，那么在同一流線上遠(yuǎn)處A點的空氣流速是勻速向右的，但是到達(dá)B點以后速度為零，這時作用在微元橫截面上的力與運動方向相反。因此同理，可以得到流體微元A的左右兩端之間的壓強差應(yīng)為：

Δp=-ρadl=-ρvdv

所以∫dp=∫-ρvdv

這樣就得到PA>PB,在兩張紙的外側(cè)A、C、D保持相對靜止，所以各點壓強相等，所以兩張紙兩側(cè)受到的壓力仍然大于B點，兩張紙會向中間靠攏。

四、對初中教學(xué)的建議

初中物理屬于模糊物理，對于這一部分內(nèi)容不可能在初中階段給學(xué)生講清楚，所以如果有學(xué)生有此類爭議的話，首先要給與肯定并表揚，對于大部分的學(xué)生而言，應(yīng)該暫時回避，以免造成概念混淆。初中階段我們只研究以地面為參照物的情況，至于以流體為參照物，我們的學(xué)習(xí)過程中會繼續(xù)研究；對于少部分基礎(chǔ)較好的同學(xué)，應(yīng)該抓住這個契機，激發(fā)他們的興趣，引導(dǎo)他們進(jìn)一步的研究并給與幫助，后者是我們希望得到的物理教學(xué)的效果，能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題、主動地解決問題，對于接受能力較好的同學(xué)宜采用此類方法。

參考文獻(xiàn)：

［1］L?普朗特，K?奧斯瓦提奇，K?維格哈特.流體力學(xué)概論[M].郭永懷，陸士嘉，譯.北京：科學(xué)出版社，1981

［2］G?K?巴切勒.流體動力學(xué)引論[M].北京：科學(xué)出版社，1997

篇3

[關(guān)鍵詞]熱能動力工程；鍋爐技術(shù)；能源；發(fā)展

中圖分類號：TK221 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）35-0085-01

隨著常規(guī)能源的日漸短缺，人類環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強，節(jié)能、高效、降低或消除污染排放物、發(fā)展新能源及其它可再生能源成為本學(xué)科的重要任務(wù)，在能源、交通運輸、汽車、船舶、電力、航空宇航工程、農(nóng)業(yè)工程和環(huán)境科學(xué)等諸多領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用，在國民經(jīng)濟各部門發(fā)揮著越來越重要的作用。

一、 熱能動力工程概念及在能源方面的現(xiàn)狀

（一）、熱能動力工程概念

熱能動力工程顧名思義主要研究熱能與動力方面，其包括熱力發(fā)動機，熱能工程，流體機械及流體工程，熱能工程與動力機械，制冷與低溫技術(shù)，能源工程，工程熱物理，水利電動力工程，冷凍冷藏工程等九個方面，其中鍋爐的運行方面主要運用熱力發(fā)動機，熱能工程，動力機械，能源工程以及工程熱物理等部分專業(yè)技術(shù)。熱能動力工程主要研究方面為熱能與動力之間的轉(zhuǎn)換問題，其研究方面橫跨機械工程、工程熱物理等多種科學(xué)領(lǐng)域。其發(fā)展方向多為電廠熱能工程以及自動化方向、工程物理過程以及其自動控制方向、流體機械及其自動控制方向、空調(diào)制冷方向、鍋爐熱能轉(zhuǎn)換方向等，熱能動力工程是現(xiàn)代動力工程的基礎(chǔ)。熱能動力工程主要需要解決的問題是能源方面的問題，作為熱能源的主要利用工程，熱能動力工程對于我國的國民經(jīng)濟的發(fā)展中具有很高的地位。？

（二）、熱能工程技術(shù)的現(xiàn)狀

隨著我國市場經(jīng)濟的建立，社會需求和經(jīng)濟分配狀態(tài)的變化、科技發(fā)展的趨勢、對本專業(yè)的生源、就業(yè)等形成了挑戰(zhàn)，更是熱能動力專業(yè)教育的關(guān)鍵。同時，熱動還是現(xiàn)代動力工程師的基本訓(xùn)練，可見熱動是現(xiàn)代動力工程的基礎(chǔ)。熱動主要研究熱能與動力方面，是跨熱能與動力工程、機械工程等學(xué)科領(lǐng)域的工程應(yīng)用型專業(yè)。熱動主要學(xué)習(xí)機械工程、熱能動力工程和工程熱物理的基礎(chǔ)理論，學(xué)習(xí)各種能量轉(zhuǎn)換及有效利用的理論和技術(shù)。本專業(yè)涵蓋的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域十分廣泛。能源動力產(chǎn)業(yè)既是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，又在各行各業(yè)中有特殊的應(yīng)用，也是國家科技發(fā)展基礎(chǔ)方向之一。能源動力領(lǐng)域人才教育的成敗關(guān)系到國家的根本利益。

能源問題在當(dāng)今社會舉足輕重，熱能與動力工程專業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位可想而知。

能源動力工業(yè)是我國國民經(jīng)濟與國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)和支柱型產(chǎn)業(yè)，同時也是涉及多個領(lǐng)域高新技術(shù)的集成產(chǎn)業(yè)，在國家經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展中一直起著極其重要的作用。

風(fēng)機是一種裝有多個葉片的通過軸旋轉(zhuǎn)推動氣流的機械。葉片將施加于軸上旋轉(zhuǎn)的機械能，轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿託怏w流動的壓力，從而實現(xiàn)氣體的流動。風(fēng)機廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、鍋爐和工業(yè)爐窯的通風(fēng)和引風(fēng)，礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風(fēng)、排塵和冷卻等。尤其是在電站，隨著機組向大容量、高轉(zhuǎn)速、高效率、自動化方向的發(fā)展，電站也對風(fēng)機的安全可靠性提出了越來越高的要求，鍋爐風(fēng)機在運行中常發(fā)生燒壞電機、竄軸、葉輪飛車、軸承損壞等事故，嚴(yán)重危害設(shè)備、人身安全，也給電廠造成巨大的經(jīng)濟損失。此外，風(fēng)機一直是電站的耗電大戶，電站配備的送風(fēng)機、引風(fēng)機和冷煙風(fēng)機是鍋爐的重要輔機，降低其耗電率是節(jié)能的一項重要措施。

二、熱能動力工程技術(shù)運用

（一）爐內(nèi)燃燒控制技術(shù)

其燃燒控制是步進(jìn)爐的核心技術(shù)之一，手動控制已被自動控制方式所取代。目前大規(guī)格鋼錠推鋼式加熱爐可選用的燃燒自控方式通常有：

（1）空燃比例連續(xù)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃?xì)獗壤y、空氣/燃?xì)怆妱拥y、空氣/燃?xì)饬髁坑嫛犭娕?、氣體分析裝置、PLC等組成。工作原理是由熱電偶或氣體分析裝置檢測出來的數(shù)據(jù)傳送到PLC與其設(shè)定值進(jìn)行比較，偏差值按比例積分、微分運算輸出4-20 mA的電信號分別對空氣/燃?xì)獗壤y和空氣/燃?xì)怆妱拥y的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制空氣/燃?xì)獗壤蜖t內(nèi)溫度之目的。

（2）雙交叉限幅控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃?xì)饬髁块y、空氣/燃?xì)饬髁坑?、熱電偶等組成。工作原理是：通過一個溫度傳感器熱電偶把測量的溫度變成一個電信號，該信號表示測量點的實際溫度，該測量點的溫度期望給定值是由預(yù)存貯在上位機中的工藝曲線自動給定的。根據(jù)這兩個溫度值偏差的大小，PLC自動校準(zhǔn)燃?xì)?空氣流量閥的開度。該閥通過電動執(zhí)行機構(gòu)定位。空氣/燃料比控制，借助于孔板和差壓變送器來測量空氣流量，燃?xì)獾牧髁渴墙柚谝慌_安裝在燃?xì)庵Ч苌系馁|(zhì)量流量計來測量，使精確的溫度控制得以實現(xiàn)。

（二）、軟件仿真鍋爐風(fēng)機翼型葉片

由于鍋爐葉輪機械內(nèi)部流場非常復(fù)雜，并帶有強烈的非定常特征，進(jìn)行細(xì)致的實驗測量非常困難，目前尚沒有完善的流體力學(xué)理論解釋諸如流動分離、失速和喘振等流動現(xiàn)象，這就迫切需要可靠詳細(xì)的流動實驗和數(shù)值模擬工作來了解機械內(nèi)部流動本質(zhì)。將利用軟件對鍋爐風(fēng)機翼型葉片進(jìn)行二維的數(shù)值模擬，研究空氣以不同的方向流入翼型葉片入口所造成的流動分離。根據(jù)數(shù)值模擬的一般步驟：創(chuàng)建二維模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)定邊界條件和區(qū)域，輸出網(wǎng)格，再利用求解器求解，對不同空氣來流攻角角下的流動進(jìn)行二維數(shù)值模擬。在得到模擬結(jié)果后，對不同攻角下模擬所得到的速度矢量圖進(jìn)行比較分析，得出鍋爐風(fēng)機翼型邊界層分離和攻角的關(guān)系。

三、熱能動力工程的發(fā)展方向

1、熱能動力及控制工程方向（含能源環(huán)境工程方向）主要掌握熱能與動力測試技術(shù)、鍋爐原理、汽輪機原理、燃燒污染與環(huán)境、動力機械設(shè)計、熱力發(fā)電廠、熱工自動控制、傳熱傳質(zhì)數(shù)值計算、流體機械等知識。

2、熱力發(fā)動機及汽車工程方向掌握內(nèi)燃機（或透平機）原理、結(jié)構(gòu)，設(shè)計，測試，燃料和燃燒，熱力發(fā)動機排放與環(huán)境工程，能源工程概論，內(nèi)燃機電子控制，熱力發(fā)動機傳熱和熱負(fù)荷，汽車工程概論等方面的知識。

3、制冷低溫工程與流體機械方向掌握制冷、低溫原理、人工環(huán)境自動化、暖通空調(diào)系統(tǒng)、低溫技術(shù)學(xué)、熱工過程自動化、流體機械原理、流體機械系統(tǒng)仿真與控制等方面的知識。使學(xué)生掌握該方向所涉及的制冷空調(diào)系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)，制冷空調(diào)與低溫各種設(shè)備和裝置，各種軸流式、離心式壓縮機和各種容積式壓縮機的基本理論和知識。

4、水利水電動力工程方向掌握水輪機、水輪機安裝檢修與運行、水力機組輔助設(shè)備、水輪機調(diào)節(jié)、現(xiàn)代控制理論、發(fā)電廠自動化、電機學(xué)、發(fā)電廠電氣設(shè)備、繼電保護(hù)原理等方面的知識，以及水電廠計算機監(jiān)控和水電廠現(xiàn)代測試技術(shù)方面的知識。

四、結(jié)束語

熱能動力工程的迅速發(fā)展使得熱力發(fā)動機專業(yè)方向，其中包括熱力發(fā)動機主要研究高速旋轉(zhuǎn)動力裝置，包括蒸汽輪機、燃?xì)廨啓C、渦噴與渦扇發(fā)動機、壓縮機及風(fēng)機等的設(shè)計、制造、運行、故障監(jiān)測與診斷以及自動控制等行業(yè)的發(fā)展都到了提速。熱動能的發(fā)展為航空、航天、能源、船舶、石油化工、冶金、鐵路及輕工等部門培養(yǎng)高級工程技術(shù)人才，若能將這些理論知識轉(zhuǎn)換成實際的運用，我國的能源壓力將大大降低。

參考文獻(xiàn)

[1] 安連鎖.泵與風(fēng)機[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2] 袁春杭.鍋爐引風(fēng)機事故的預(yù)防[J].中國鍋爐壓力容器安全，2005，14（6）：38-39.

[3] 蔡兆林，吳克啟，穎達(dá).離心風(fēng)機損失的計算[J].工程熱物理學(xué)報，1993，14（1）：53-56.

[4] 王松嶺.流體力學(xué)[M].北京：中國電力出版社

[5]安連鎖.泵與風(fēng)機[M] .北京：中國電力出版社，2001.

[6]袁春杭.鍋爐引風(fēng)機事故的預(yù)防[J].中國鍋爐壓力容器安全，2005，14（6）：38-3 9 .

篇4

關(guān)鍵詞：高速列車； 盤式制動； 散熱； 熱對流； 溫度分布

中圖分類號： U260.351 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract：The heat dissipation of the brake disk of a highspeed train is simulated by CFD method， and the average convective heat transfer coefficients of each part of the brake disk are calculated. Under the heat dissipation condition， the temperature field of the brake disk is simulated by sequential coupling method， the thermal load of complex hexagon shape is loaded， and the simulation results of the second braking temperature field is compared with the test results. The results show that， the simulation results are consistent with the test data in the cooling stage， and the maximum error of the temperature is less than 5% during the braking stage.

Key words：highspeed train； disk brake； heat dissipation； heat convection； temperature distribution

0 引 言

在高速列車制動過程中，制動盤與閘片摩擦接觸產(chǎn)生大量的熱，多次制動會引起摩擦副材料熱疲勞裂紋直至破壞.由于當(dāng)前仍無可靠的方法有效測定或預(yù)測制動能量和熱疲勞裂紋發(fā)展演變過程，所以通過數(shù)值仿真分析高速制動盤的散熱性能對于制動盤材料的選取和結(jié)構(gòu)設(shè)計有重要的指導(dǎo)意義.[1]

空氣對流傳熱是制動盤散熱最主要的能量交換方式.以往研究中，對流傳熱系數(shù)的計算多采用經(jīng)驗公式.[24]該方法對于一些幾何規(guī)則的模型適用性好、計算簡便，但是對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如動車組使用的輪裝制動盤的散熱筋，估測經(jīng)驗公式中散熱面特征長度存在較大困難.為此，一些學(xué)者采用計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的散熱特性.BELHOCINE等[5]以1/4制動盤為研究對象，模擬靜止空氣中旋轉(zhuǎn)制動盤各個區(qū)域的平均對流傳熱系數(shù)，JIANG等[6]模擬列車軸裝制動盤在實際行進(jìn)過程中的對流傳熱特性.參考以上研究，論文基于CFD技術(shù)仿真高速動車組輪裝制動盤的流體場，獲得不同運行速度下制動盤不同表面上的平均對流傳熱系數(shù).

利用有限元分析制動盤的溫度場時，有順序耦合法和直接耦合法之分.直接耦合法考慮應(yīng)力與溫度的相互作用，模擬結(jié)果對高溫作用下制動盤與閘片之間的真實接觸面積敏感，極容易出現(xiàn)數(shù)值收斂性困難的問題[7]；順序耦合法將摩擦接觸簡化為加載摩擦熱量，因此容易收斂[8].考慮到多邊形熱載荷作用范圍不易確定，在討論多邊形閘片結(jié)構(gòu)對應(yīng)的制動盤溫度場時，以直接耦合法為主.[27]基于幾何原理，用順序耦合法模擬六邊形閘塊對應(yīng)的制動盤溫度場，并將二次制動的溫度場結(jié)果與實測值對比，表明計算結(jié)果可靠.

1 有限元模型

動車組輪裝制動盤和六邊形閘塊模型見圖1.以單個制動盤為研究對象，將制動盤與閘片之間摩擦產(chǎn)生的熱量加載在制動盤上.

空氣通風(fēng)速度為列車速度的1/2，忽略閘片對流場的影響，取輪子、制動盤和軸的表面作為流場的壁面.通風(fēng)狀態(tài)下強迫對流是制動盤散熱的主要途徑，因此可忽略自然對流影響.研究表明：與經(jīng)驗公式和經(jīng)典kω模型相比，SST kω模型的計算復(fù)雜度和計算精度有明顯優(yōu)勢，因此作為計算流體力學(xué)模型.

用CFD模擬行駛過程中制動盤周圍的流場，得到制動盤散熱筋附近的空氣流動傳熱情況.列車行駛速度為380 km/h時制動盤的散熱筋中間面上空氣相對速度場和散熱筋表面對流傳熱系數(shù)分布云圖分別見圖3和4.受列車通風(fēng)狀態(tài)和制動盤轉(zhuǎn)動的共同影響，當(dāng)旋轉(zhuǎn)引起的空氣流動方向與通風(fēng)方向一致時，對流傳熱系數(shù)增大，反之減小.

3 二次制動溫度場計算結(jié)果和分析

列車在二次制動過程中的對流傳熱系數(shù)時間曲線見圖6.由此可知：制動盤表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)并不呈現(xiàn)單調(diào)遞增或遞減變化趨勢，而是先急劇下降再迅速上升至峰值約360 W/（m2?K），最后再急劇下降的變化形式.據(jù)此認(rèn)為，制動盤面某區(qū)域的溫度場并非維持固定不變，而是在制動過程中呈現(xiàn)交替變化，這也是熱疲勞裂紋產(chǎn)生的重要原因之一.

根據(jù)上述傳熱系數(shù)變化分析溫度場變化.列車制動初速度為380 km/h，二次制動時間總長622 s，制動盤制動半徑約為280 mm.對二次制動工況下制動盤的溫度場進(jìn)行有限元分析，在制動盤摩擦面某徑向上選取一組節(jié)點，得到節(jié)點溫度隨時間變化曲線，見圖7.由圖7可知：在制動階段，制動盤摩擦面上的最高溫度分布在距離旋轉(zhuǎn)中心約314 mm附近，該組節(jié)點的最高溫度為722.5 ℃；冷卻階段該組節(jié)點溫度趨于一致，溫度都在125 ℃左右.進(jìn)行制動臺架試驗，制動盤面上布置若干熱電偶，在制動裝置下方鼓風(fēng)，并控制風(fēng)速為旋轉(zhuǎn)線速度的1/2，以模擬真實行駛狀態(tài).提取二次制動過程中每個時間步對應(yīng)的熱電偶最高溫度值，與有限元模擬的最高溫度值比較，見圖8.圖8顯示：在第一次制動過程中，制動盤最高溫度模擬結(jié)果為687.7 ℃，比試驗結(jié)果高8 ℃，誤差率約1.1%；第二次制動結(jié)果為742 ℃，比試驗數(shù)據(jù)高35 ℃，誤差率約為5.0%.與圖7相比，在2次制動階段，摩擦面上提取的最高溫度值比固定節(jié)點的最高溫度約高20 ℃，冷卻階段誤差很小.由此來看，圖8中誤差產(chǎn)生的原因除與順序耦合方法有關(guān)外，可能與制動盤面上個別節(jié)點處出現(xiàn)瞬時高溫有關(guān).

從圖8還可以看出：在冷卻階段，模擬的曲線與試驗數(shù)據(jù)吻合度較好，表明制動盤的散熱情況得到有效模擬.

4 結(jié) 論

通過分析高速列車制動盤在行駛過程中的散熱情況，以及二次制動過程中的溫度場變化，得出如下結(jié)論：1）在制動階段，制動盤最高溫度出現(xiàn)在制動半徑附近，2次最高溫度誤差都不超過5%，證明用順序耦合法模擬六邊形熱載荷滿足工程需要；2）在冷卻階段，制動盤各部分溫度趨于一致，與試驗曲線吻合度較好，表明CFD可有效模擬制動盤散熱情況.

參考文獻(xiàn)：

[1]方明剛， 杜利清， 郭立賓， 等. 制動盤熱機械耦合仿真系統(tǒng)的開發(fā)[J]. 鐵道機車車輛， 2014， 34（6）： 6973.

FANG Minggang， Du Liqing， GUO Libin， et al. Development of thermal mechanical coupling simulation system for brake disc[J]. Railway Locomotive & Car， 2014， 34（6）： 6973.

[2]王藝， 陳輝， 李明. 高速列車制動盤制動過程數(shù)值模擬[J]. 機械， 2008， 35（3）： 1517.

WANG Yi， CHEN Hui， LI Ming. Numerical simulation of brake discs for highspeed trains[J]. Machinery， 2008， 35（3）： 1517.

[3]張濤， 王夢昕， 丁亞琦， 等. 動車制動盤溫度場和熱應(yīng)力場的耦合分析[J]. 蘭州交通大學(xué)學(xué)報， 2011， 30（6）： 119122.

ZHANG Tao， WANG Mengxin， DING Yaqi， et al. Coupling analysis of temperature and stress fields for brake disc on power car[J]. Journal of Lanzhou Jiaotong University， 2011， 30（6）： 119122.

[4]張樂樂， 楊強， 譚南林， 等. 基于摩擦功率法的列車制動盤瞬態(tài)溫度場分析[J]. 中國鐵道科學(xué)， 2010， 31（1）： 99104.

ZHANG Lele， YANG Qiang， TAN Nanlin， et al. Analysis of the transient temperature field of train brake discs based on friction power method[J]. China Railway Science， 2010，31（1）： 99104.

[5]BELHOCINE A， BOUCHETARA M. Thermal analysis of a solid brake disc[J]. Applied Thermal Engineering， 2012， 32： 5967.

[6]JIANG L， JIANG Y L， YU L， et al. Thermal analysis for brake disks of SiC/6061 Al alloy cocontinuous composite for CRH 3 during emergency braking considering airflow cooling[J]. Transaction of Nonferrours Metals Society China， 2012， 22（11）： 27832791.

[7]農(nóng)萬華， 高飛， 符蓉， 等. 摩擦塊形狀對制動盤摩擦溫度及熱應(yīng)力分布的影響[J]. 與密封， 2012， 37（8）： 5256.

NONG Wanhua， GAO Fei， FU Rong， et al. Influence of brake pad shape on friction temperature and thermal stress of brake disc[J]. Lubrication Engineering， 2012， 37（8）： 5256.

[8]ADAMOWICZ A， GRZES P. Analysis of disc brake temperature distribution during single braking under nonaxisymmetric load[J]. Applied Thermal Engineering， 2011， 31（67）： 10031012.

[9]吳圣川. 復(fù)雜件等離子熔積成形過程有限元及無網(wǎng)格法模擬[D]. 武漢： 華中科技大學(xué)， 2009.

[10]GHADIMI B， SAJEDI R， KOWSARY F. 3D investigation of thermal stresses in a locomotive ventilated brake disc based on a conjugate thermofluid coupling boundary conditions[J]. Intnational Communications Heat and Mass Transfer， 2013， 49： 104109.

篇5

關(guān)鍵詞:  手術(shù)室  凈化  空調(diào)  潔凈度  運行管理

        近來來，各地縣級以上新建醫(yī)院手術(shù)部基本都采用了空氣凈化技術(shù)，空氣凈化配合功能流程使得潔凈手術(shù)室整體空間環(huán)境更科學(xué)、更安全、更潔凈，能夠有效地減少空氣中微生物含量，防止醫(yī)院感染，為手術(shù)的成功提供了重要的保障。然而，由于很多臨床醫(yī)務(wù)人員還不能夠很好地掌握其使用方法，忽略了系統(tǒng)的運行與維護(hù)，致使設(shè)備的性能沒有達(dá)到預(yù)期的理想效果。為此，建立科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾砼c維護(hù)機制，使設(shè)備的性能得以充分的發(fā)揮，就顯的尤為重要。筆者就多年來對潔凈手術(shù)室凈化空調(diào)設(shè)備的管理和維護(hù)的經(jīng)驗，現(xiàn)對其性能、運行監(jiān)測、維護(hù)及注意事項等方面進(jìn)行論述，供同行參考。

        1 凈化空調(diào)簡介

        凈化空調(diào)系統(tǒng)，它是由空調(diào)系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)兩部分組成。

        1.1 空調(diào)系統(tǒng)

        就是完成對空氣進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的功能，對室內(nèi)的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)量加以控制，其目的就是為了達(dá)到潔凈室內(nèi)溫度和濕度的要求從而達(dá)到人體的舒適感。

        1.2凈化系統(tǒng)

        它是對空氣中的非生物粒子和生物粒子加以控制，消除塵埃粒子，控制手術(shù)室內(nèi)的菌濃度，使手術(shù)間達(dá)到一定的生物潔凈標(biāo)準(zhǔn)。使用的方法就是將空氣在進(jìn)入手術(shù)室之前對其進(jìn)行消毒，并使用初效、中效、高效過濾器對空氣進(jìn)行三級過濾處理，過濾掉空氣中的灰塵、浮游微粒、細(xì)菌及有害氣體，使新鮮而潔凈的空氣流入手術(shù)室，稀釋室內(nèi)的菌濃度。除此之外，凈化系統(tǒng)還對進(jìn)入手術(shù)室內(nèi)的氣流加以控制。我們知道，對于處于手術(shù)室手術(shù)區(qū)的患者傷口來說，手術(shù)感染源是來自多方面的，為了最大限度地消除或避免由各種途經(jīng)帶入的病源微生物而引起感染，凈化系統(tǒng)利用流體力學(xué)原理，將手術(shù)室內(nèi)各區(qū)域的氣流分布物的擴散，將在空氣中浮動的微粒和塵埃、污物等通過專設(shè)排風(fēng)口排出手術(shù)室?？諝庵袥]有了浮動的塵埃等污物，就基本上杜絕了手術(shù)室內(nèi)細(xì)菌傳播的媒介。所以說凈化的最終目的就是要控制室內(nèi)的菌濃度，讓手術(shù)室更加潔凈，這不但能夠降低患者手術(shù)傷口被感染的幾率，而且也同時能夠確保醫(yī)務(wù)人員的自身健康。

        2 系統(tǒng)主要參數(shù)

        凈化空調(diào)系統(tǒng)的運行測試，就是用科學(xué)的方法對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行檢測，從而對其運行狀況進(jìn)行診斷，判斷出設(shè)備是否完全發(fā)揮其應(yīng)有的效能，為使用者提供科學(xué)的依據(jù)，并對系統(tǒng)做出綜合性能全面評定。對現(xiàn)已運行的系統(tǒng)，需要測試和監(jiān)控的內(nèi)容很多，主要分以下幾個參數(shù)。

        2.1風(fēng)速

        工作區(qū)截面的平均風(fēng)速氣流組織均勻，不產(chǎn)生渦流，利用合理的氣流方向來控制污染。

        2.2新鮮空氣量

        補償室內(nèi)排風(fēng)和保持室內(nèi)正壓值所需的空氣量。

        2.3靜壓差

        維持潔凈室(區(qū))的空氣處于一定的正壓值，不同等級潔凈室(區(qū))之間的壓力差。

        2.4換氣次數(shù)

        在自凈時間內(nèi)保證潔凈度。我國標(biāo)準(zhǔn)是萬級25次／h 、10萬級l5次／h。

        2.5溫、濕度

        室內(nèi)溫度為22℃～25℃，相對濕度為40％～60％。

        2.6噪聲

        手術(shù)室噪聲動態(tài)監(jiān)測時不大于52db。

 2.7潔凈度

        使用光散射式粒子計數(shù)器，檢測空氣中所含塵埃粒子數(shù)。

        3  系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)

        3.1空氣處理系統(tǒng)

        對凈化空調(diào)空氣處理系統(tǒng)進(jìn)行良好的維護(hù)和保養(yǎng)，是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的有力保證。很多醫(yī)院在這方面都存在不少問題，主要體現(xiàn)在運行管理和維護(hù)保養(yǎng)制度不完善，缺乏對系統(tǒng)各項指標(biāo)的檢測手段，使系統(tǒng)在不達(dá)標(biāo)狀態(tài)下運行，存在很在安全隱患。

篇6

一、按軸向的方式分析六種不同方向的旋法特點與制造技巧

1、圍繞左右軸分析：上旋和下旋

擊球時，如果在向前用力的同時附加向上用力，使球的后部具有向上的旋轉(zhuǎn)。這是上旋。攻球和弧圈球都能使球產(chǎn)生上旋。相反，如果擊球時在向前用力的同時附加向下用力，使球的后部具有向下的旋轉(zhuǎn)，這就是下旋。搓球和削球都能使球產(chǎn)生下旋。

由于物理學(xué)中的“馬格努斯”效應(yīng)，上旋球在空中前進(jìn)時，除了自身的重量外，還受到空氣的壓力而下降的較快，從而改變了弧線的彎曲度，并縮短了打出距離。下旋球則正好相反，在空中飛行時，下降較慢，并延長了打出距離。由于球帶有旋轉(zhuǎn)，上旋球在落臺時會給臺面一個向后的摩檫力，因此臺面也會給球一個大小相等、方向相反的反作用力。由于這個反作用力的緣故，上旋球在落臺后的前沖速度較快。而下旋球則相反，落臺后的前沖速度較慢，旋轉(zhuǎn)強烈時甚至?xí)蚝筇?。像馬林魔鬼式訓(xùn)練時強烈、快速摩擦球時發(fā)出的球，很多業(yè)余選手也可以通過練習(xí)發(fā)下旋后跳球，增強轉(zhuǎn)腰、發(fā)力、摩擦球的厚薄及球的旋轉(zhuǎn)程度的理解，也可作為訓(xùn)練手感的方法之一。

如果我們使拍面角度保持垂直，擊球時除向前用力外，不附加任何其他方向的力量（該技術(shù)稱為平擋），就可以清楚地看到上、下旋在觸到球拍后的反彈情況。由于球?qū)η蚺挠心﹂吡?，球拍對球也有一個相反方向的反作用力，所以上旋球在觸到球拍后會向上彈起，而下旋球則會急劇下墜。所以，我們不難理解，為什么接上旋球容易出高球，甚至出界；而接下旋球容易下網(wǎng)。流體力學(xué)認(rèn)為，流體的流速越快，壓強越小，流速越慢，壓強越大，這一定律也成為伯努利定律。飛行并旋轉(zhuǎn)著的乒乓球，不管是上旋、下旋，還是側(cè)旋，其運動弧線都遵循伯努利定律。

具體原理如圖所示?？山忉屓缦拢?/p>

當(dāng)乒乓球本身帶著上旋飛行時，同時帶著球體周圍的空氣一起旋轉(zhuǎn)，但是由于球體上沿周圍空氣旋轉(zhuǎn)方向和對面空氣方向相反，因而受到阻力，導(dǎo)致其流速降低。而球體下沿的氣流與迎面空氣阻力方向相同，因而流速加快。最后的結(jié)果是，本來球體上下沿的壓力相等，現(xiàn)在變成上沿的增大，而下沿的減小。這樣由于球體受力不均衡，總的合力方向是向下，給擊球者的感覺就是上旋球的下落速度加快。因此，在相同的條件下，上旋球的飛行弧線比不轉(zhuǎn)球的飛行弧線要低、要短。

如果是下旋球，其受力情況跟上旋球恰好相反，球體上沿的空氣流速快，壓強小，下沿的空氣流速慢，壓強大，所以氣流給球體一個浮舉力。這樣，在其他條件相同的情況下，下旋球比不轉(zhuǎn)或上旋球的弧線要高，要長。因此，如乒乓球選手看不清對方發(fā)的是什么旋轉(zhuǎn)的球時，也可以通過球過來的弧線加以粗略地判斷球的旋轉(zhuǎn)。

2、圍繞上下軸分析：右側(cè)旋和左側(cè)旋

擊球時，如果拍面垂直，在向前用力的同時附加由左向右的力量，就會產(chǎn)生右側(cè)旋。通常從反手位發(fā)球，以便于發(fā)力，也有從正手位發(fā)右側(cè)旋球，一者換種姿勢給對方造成壓力，二者還可以用差不多的動作發(fā)出右側(cè)下旋和右側(cè)上旋；反之，如果在向前用力的同時附加由右向左的力量，就會產(chǎn)生左側(cè)旋，盡量用差不多的動作發(fā)出左側(cè)下旋和左側(cè)上旋。發(fā)左、右側(cè)旋球的關(guān)鍵在于：對方的站位及對反手位球的處理技術(shù)；拍與球接觸時的一剎那摩擦球的部位及摩擦?xí)r間、摩擦面積（可通過往前送球、手腕動作來調(diào)節(jié)）；發(fā)球落點、節(jié)奏快慢的控制。發(fā)球和攻球都可以產(chǎn)生左側(cè)旋或右側(cè)旋。

右側(cè)旋球在空中的運行，由于受到空氣壓力的影響，其飛行路線會略微向?qū)κ值挠覝y偏斜；相反，左側(cè)旋球的飛行路線會略微向?qū)κ值淖髠?cè)偏斜。

側(cè)旋時，不管是左側(cè)旋還是右側(cè)旋，在落臺后都不太拐彎。

用平擋回?fù)魧κ值淖髠?cè)旋球時，球會非常明顯地向本方右側(cè)反彈；相反，右側(cè)旋球會明顯向左側(cè)反彈。

3、圍繞前后軸：順旋和逆旋

擊球時，如果將拍面完全躺平，在球的底部由右向左用力，球會產(chǎn)生一種在擊球者看來是順時針方向的旋轉(zhuǎn)，我們稱其為順旋。同樣，如果在球的底部由左向右用力，球會產(chǎn)生一種在擊球者看來是逆時針方向的旋轉(zhuǎn)，我們稱其為逆旋。從理論上分析，如果球只是沿著前后軸旋轉(zhuǎn)的話，它就會由于缺乏前進(jìn)力而無法過網(wǎng)。但是如果我們把平躺的拍面變得稍微豎直一些，再附加一定向前的力量，球就能越過球網(wǎng)到達(dá)對方球臺。目前，中國的張繼科、德國的波爾的逆旋球發(fā)得最好，而且很多業(yè)余選手也跟上潮流，在發(fā)逆旋球時感受拍與球接觸時摩擦球的部位、手腕的發(fā)力、送球時間的長短、線路的長短等方面的魅力。

順、逆旋在空中飛行的軌跡沒有明顯的變化，相對較為規(guī)則。但是在落到臺面后，順旋球會明顯向右側(cè)跳躍，而逆旋球則會明顯向左側(cè)跳躍。對方在回接順逆旋球時，由于拍面常常觸到靠近球旋轉(zhuǎn)軸的地方，較難借助來球的前進(jìn)力回?fù)簦虼巳菀紫戮W(wǎng)。

二、應(yīng)對旋轉(zhuǎn)球的一般辦法

篇7

關(guān)鍵詞：

平行流換熱器； 換熱性能； 風(fēng)速； 水流量

中圖分類號： TB 657.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

目前有關(guān)汽車空調(diào)的研究主要集中在制冷系統(tǒng)的仿真與實驗，而關(guān)于暖風(fēng)系統(tǒng)的研究很少，特別是關(guān)于非獨立的暖水式換熱性能研究更不多.陳江平等[1]從使用新工質(zhì)及采用新技術(shù)等方面介紹了國內(nèi)外汽車空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢；周益民等[2]建立三維數(shù)值模型，研究了百葉窗翅片開窗角度和換向區(qū)長度對平行流換熱器換熱性能的影響，可為其優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)；董軍啟等[3]通過試驗比較了翅片間距和高度對平行流換熱器表面換熱和阻力性能的影響，通過分析試驗數(shù)據(jù)獲得了j因子和f因子試驗關(guān)聯(lián)式；國內(nèi)外對平行流換熱器在微通道內(nèi)的流動、壓降及傳熱系數(shù)進(jìn)行了大量研究[4].關(guān)于暖風(fēng)系統(tǒng)的平行流換熱器的研究主要集中在百葉窗翅片角度、間距、高度和扁管等對其換熱和流動性能的影響，然而工質(zhì)的工況對其性能也有重要影響.所以本文主要分析空氣側(cè)風(fēng)速和水流量對其換熱和流動性能的影響并將兩者進(jìn)行比較.

1平行流換熱器結(jié)構(gòu)與特性

1.1平行流換熱器結(jié)構(gòu)

平行流換熱器（PFC）是一種新型的換熱器[5]，多用于汽車空調(diào)，主要由多孔扁管和波紋型百葉窗翅片構(gòu)成.暖風(fēng)系統(tǒng)平行流換熱器結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中：Fh為翅片高度；Ld為百葉窗寬度；Lh為百葉窗高度；Lp為百葉窗間距；α為百葉窗角度；Fp為翅片間距.平行流換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示，其中Ft為翅片厚度.工質(zhì)水在多孔扁管中流動，空氣垂直流過波紋翅片并與水進(jìn)行換熱.平行流換熱器的主要特點是比表面積大，換熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，空氣側(cè)壓降較小，水側(cè)換熱性能增加時阻力減小，扁管和翅片的接觸熱阻較小，純鋁制品有利于回收等.本文主要介紹一種應(yīng)用于汽車空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)的平行流換熱器的換熱性能，在不同水流量和空氣側(cè)風(fēng)速下通過模擬仿真對其換熱性能進(jìn)行分析.而目前國內(nèi)對平行流換熱器的研究還比較少，本文旨在為國內(nèi)平行流換熱器設(shè)計提供參考.

1.2水暖式汽車暖風(fēng)裝置

汽車暖風(fēng)裝置是汽車冬季運行時供車內(nèi)取暖的設(shè)備總稱，其種類較多.按其所用熱源可分為余熱式采暖系統(tǒng)和獨立式采暖系統(tǒng)，其中余熱式采暖系統(tǒng)又分為水暖式和汽暖式兩種.水暖式采暖系統(tǒng)主要是以發(fā)動機冷卻水的余熱為熱源，將熱水引入換熱器，由風(fēng)扇將車內(nèi)或車外空氣吹過換熱器使之升溫[6].

與氣暖式系統(tǒng)相比，水暖式發(fā)動機的冷卻液溫度比較適宜且散熱均勻，不會出現(xiàn)局部溫度過高而燙傷乘客，亦不會出現(xiàn)因排氣中的SO2等雜質(zhì)長時間腐蝕換熱器管壁造成因泄漏廢氣而中毒的現(xiàn)象，水暖式發(fā)動機在國內(nèi)外生產(chǎn)的轎車、大型貨車、采暖要求不高的大客中已得到采用；與獨立式采暖系統(tǒng)相比，水暖式發(fā)動機不需另外的燃料及相關(guān)設(shè)備，易獲取熱源，設(shè)備簡單，節(jié)能環(huán)保，運行經(jīng)濟.

2計算流體力學(xué)（CFD）模型

在流動換熱過程中，空氣從換熱器一側(cè)流入，然后與扁管和翅片相互作用進(jìn)行對流換熱，通過增加空氣側(cè)風(fēng)速，能夠增強空氣流動的擾動，增強換熱；增加工質(zhì)水流量，可以增強換熱器的換熱性能.

在開發(fā)汽車空調(diào)系統(tǒng)時，需要掌握的換熱器性能數(shù)據(jù)可以通過實驗獲得，但在實驗前進(jìn)行數(shù)值模擬分析，可以大大縮短開發(fā)周期和降低成本.目前模擬時大多采用二維數(shù)值模型，其結(jié)果有待進(jìn)一步考證.本文通過對百葉窗翅片進(jìn)行三維數(shù)值模擬，進(jìn)一步考察數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性以揭示百葉窗翅片的強化傳熱與流動機理[7].為簡化模型，首先對模型作以下假設(shè)：① 換熱過程為三維穩(wěn)態(tài)換熱；② 空氣、工質(zhì)水均為理想的不可壓縮流體，各點參數(shù)不隨時間變化；③ 空氣在整個迎風(fēng)向上均勻分布；④ 扁管、百葉窗肋片表面具有相同的粗糙度，肋片和扁管焊接良好，連接光滑，不考慮加工因素的影響.

式中：Gk為由層流速度梯度產(chǎn)生的湍流動能；Gb為由浮力產(chǎn)生的湍流動能；G1s、G2s、G3s均為常量；σk、σε分別為k方程和ε方程的普朗特數(shù)；μt為湍流渦黏性系數(shù)；k為湍流動能；ε為耗散率.

2.2邊界條件

由于流動處于湍流狀態(tài)，經(jīng)對比分析選擇了標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型.該模型是目前應(yīng)用較廣、受檢驗最多、數(shù)值求解技術(shù)最成熟的湍流模型，且對于平行流換熱器的模擬有較高的穩(wěn)定性.

定義工質(zhì)水入口處為流量入口邊界，給定入口流量、水溫（355 K）（根據(jù)汽車空調(diào)常用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)確定），定義出口處為壓力出口邊界；定義入口空氣處為速度入口邊界，給定入口速度、空氣溫度（290 K）（根據(jù)汽車空調(diào)常用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)確定），定義出口處為壓力出口邊界；平行流換熱器為純鋁制材質(zhì)[8].

2.3數(shù)值模擬方法

整個計算區(qū)域的網(wǎng)格劃分是通過Fluent軟件前處理程序Gambit進(jìn)行.為節(jié)省計算空間，采用六面體和楔形單元相結(jié)合的方法對網(wǎng)格進(jìn)行劃分，并對網(wǎng)格加密處理，網(wǎng)格數(shù)約為300萬.定義每個方程的收斂條件中平均殘差絕對值不大于1.0×10-6.本文模擬采用商用軟件Fluent 6.3對計算區(qū)域進(jìn)行求解.

2.4仿真模擬結(jié)果與分析

由于換熱器實際工作時水溫取決于發(fā)動機工作情況，水流量可通過閥門調(diào)節(jié)，空氣側(cè)風(fēng)速亦可調(diào)節(jié)，故本文只選擇水流量和空氣側(cè)風(fēng)速作為自變量進(jìn)行分析.

換熱器迎面風(fēng)速分別為2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 m?s-1，水流量分別為5、6、7、8、9 L?min-1 .通過仿真模擬得到汽車空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)平行流換熱器換熱量、水側(cè)壓降、空氣側(cè)壓降、空氣側(cè)出口溫度的變化和分布.

圖2為在不同風(fēng)速和水流量下?lián)Q熱器換熱量和空氣側(cè)出口溫度的變化，圖3為不同風(fēng)速下空氣側(cè)阻力的變化，圖4為不同水流量下水側(cè)阻力的變化.由圖2、3可知，對于一定結(jié)構(gòu)的換熱器，隨著迎面風(fēng)速的增加，空氣側(cè)換熱量不斷增大，空氣側(cè)阻力也增大，而且空氣側(cè)換熱量在低風(fēng)速下增長較快.換熱器換熱量的增加有以下兩點原因：一是在緊貼翅片的空氣流薄層內(nèi)，

由于分子導(dǎo)熱，熱邊界層被來自翅片的熱量加熱，同時向前運動，空氣風(fēng)速增加，熱邊界減薄，熱阻減小，空氣側(cè)傳熱系數(shù)增大；二是風(fēng)速增大，空氣滯留翅片上的時間相對縮短，溫升小，與換熱器溫差大，故換熱效果好.但對比圖2、3可以發(fā)現(xiàn)，隨著風(fēng)速的提高換熱量增加率逐漸減小，而空氣側(cè)阻力增加率越來越大.這是因為阻力隨空氣側(cè)風(fēng)度的二次方左右增加，并且對于一定結(jié)構(gòu)冷凝器存在一個臨界風(fēng)速即換熱量隨風(fēng)速增加趨于定值[9].故只靠提高風(fēng)速增加空氣側(cè)換熱量是有限的，在增加換熱量和阻力之間進(jìn)行選擇，是確定換熱器迎面風(fēng)速時必須考慮的問題.由圖2可知，對于一定結(jié)構(gòu)的換熱器，隨著迎面風(fēng)速相對于2 m?s-1依次增加25%、50%、75%、100%時，空氣側(cè)出口溫度有降低趨勢，但降低幅度較小，不會影響其舒適性.空氣側(cè)出口溫度降低是因為風(fēng)速增加，換熱時間不足，但是在風(fēng)量一定、熱水源充分的情況下，空氣側(cè)出口溫度不會有明顯下降[10].

由圖2可知，水流量對換熱器換熱量有較大影響.隨著水流量增加，其對應(yīng)的換熱量逐漸增加，起初水流量增加12%時，換熱量增加3.2%，最后水流量增加80%時，而換熱量只增加6.6%.因此，通過增加水流量來增加換熱器的換熱能力也是有限的.對于一定結(jié)構(gòu)換熱器，水流量增加即流速增大，流動狀態(tài)由層流變成紊流，換熱強度變化較明顯.空氣出口側(cè)溫度與水流量變化非常相近，這是因為對于一定結(jié)構(gòu)的換熱器，在一定風(fēng)量、進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)口水溫下，水流量對換熱性能起決定性作用[11].由圖2可知，增加空氣側(cè)風(fēng)速比增加水流量對平行流換熱器換熱量的影響更大，在增加相同百分比的情況下，增加風(fēng)速比增加水流量對換熱器換熱量的影響大16%左右.這是由于空氣側(cè)熱阻對換熱性能的影響大于水側(cè)的影響.但從圖4可知，水流量增大，水道中水的流速增加，水的流動阻力明顯增大，增加了循環(huán)水泵的功耗.

3結(jié)論

本文利用仿真模擬計算了某汽車空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)平行流換熱器的換熱特性，分析了風(fēng)速、水流量對換熱性能的影響：

（1） 增加空氣側(cè)風(fēng)速比增加水流量對平行流換熱器換熱量的影響大。在增加相同百分比的情況下，增加風(fēng)速比增加水流量對換熱量的影響大16%左右，而且增加兩者對換熱器換熱能力的影響均有限。隨著兩者增加，換熱量增加率逐漸減小.

（2）L速增大，空氣側(cè)阻力增加非常明顯，同樣水流量增大，水側(cè)阻力增加也非常明顯；但增加兩者對空氣側(cè)出口溫度影響都不明顯.

（3） 在優(yōu)化設(shè)計汽車空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)平行流換熱器時，應(yīng)合理選擇其結(jié)構(gòu)，使迎面風(fēng)速控制在一個合理的范圍內(nèi).

另外，水暖式暖風(fēng)系統(tǒng)使用時必須在發(fā)動機冷卻液溫度上升到大循環(huán)時方可開始，且存在使用過程中流量分配不均、熱源不足等問題，這些均有待進(jìn)一步解決.

參考文獻(xiàn)：

[1]陳江平，施駿業(yè)，趙宇.國內(nèi)外汽車空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展動向[J].化工學(xué)報，2008，59（增刊2）：9-13.

[2]周益民，董軍啟，陳江平.百葉窗翅片傳熱與流動的三維數(shù)值模擬[J].節(jié)能技術(shù)，2007，25（2）：141-144.

[3]董軍啟，陳江平，陳芝久.百葉窗翅片的傳熱與阻力性能試驗關(guān)聯(lián)式[J].制冷學(xué)報，2007，28（5）：10-14.

[4]PARK C Y，HRNJAK P.Experimental and numerical study on microchannel and roundtube condensers in a R410A residential airconditioning system[J].International Journal of Refrigeration，2008，31（5）：822-831.

[5]林泉來.平行流換熱器干工況下應(yīng)用的可行性分析[J].暖通空調(diào)，2013，43（增刊1）：291-293.

[6]小林明.汽車工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1985.

[7]丁國良，張春路.制冷空調(diào)裝置仿真與優(yōu)化[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[8]陶文銓.數(shù)值傳熱學(xué)[M].2版.西安：西安交通大學(xué)出版社，2001.

[9]瞿曉華，施駿業(yè)，陳江平，等.車用暖風(fēng)散熱器數(shù)值模型[J].汽車工程，2009，31（4）：345-348.

篇8

關(guān)鍵詞：地下汽車庫；空氣環(huán)境；排煙設(shè)計；誘導(dǎo)風(fēng)機

中圖分類號：TU233　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A　文章編號：1009-2374(2011)01-0125-03

在當(dāng)今的城市建設(shè)進(jìn)程中，大量的住宅項目如雨后春筍般，在城市中心及郊區(qū)屹立而起。幾乎所有的項目都會有地下車庫的配套設(shè)施。地下汽車庫節(jié)省城市建設(shè)用地，管理方便，極大地改變了以往的汽車停放觀念，為小區(qū)業(yè)主提供方便。這樣的配套形式不僅在住宅項目，辦公商業(yè)等公建項目也是比比皆是。

但在實際的使用過程中，因車庫一般為地下建筑，容易造成通風(fēng)不暢，汽車庫散發(fā)的尾氣中有害成分不能及時稀釋、散發(fā)，汽油蒸汽積聚不易擴散，這樣就是車庫內(nèi)的環(huán)境變的惡劣，甚至引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故等。如何改善地下汽車庫的空氣環(huán)境，防止和減少火災(zāi)危害的發(fā)生，并有效降低工程投資，是業(yè)主和建筑設(shè)計單位關(guān)注和研究的重點。其實汽車尾氣中主要是一氧化碳的濃度起著關(guān)鍵的作用，根據(jù)相關(guān)資料可知，若能將汽車尾氣中一氧化碳稀釋到容許濃度，其它有害成分就可達(dá)到充分的安全程度。而噴射式誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)能確保地下車庫有效的通風(fēng)換氣，減少通風(fēng)管道；可有效降低車庫建筑層高，節(jié)約電能、節(jié)省項目投資等，此系統(tǒng)已經(jīng)此類建筑中廣泛的應(yīng)用。

1　誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)簡述

1.1　誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的基本原理

當(dāng)空氣從直徑DO的噴嘴以速度VO射入一個沒有周圍界面限制的空間內(nèi)擴散時，則形成自由式射流。有流體力學(xué)可知，誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)噴嘴射出的氣流為等溫自由式圓射流，在慣性力作用下，射流將保持流動方向向前流動。如圖1所示，由于射流邊界與周圍介質(zhì)間的紊流動量交換，周圍的空氣將被連續(xù)卷入，射流范圍(射流直徑)不斷擴大，流量沿射程方向不斷增加，而射流斷面的速度場從射流中心開始逐漸向邊界衰減，并沿射程不斷減小。根據(jù)動量守恒定律可知，各斷面的總動量保持不變，在理論上射流的寬度會一直增至無限大，誘導(dǎo)風(fēng)量也會增至無限大，各點速度將減至無限小。但在實際環(huán)境中，建筑物中梁、板、柱類障礙物和其它因素的影響，當(dāng)射流的中心速度衰減至某一速度時必須由另一噴嘴來接力，從而形成連續(xù)的氣流卷吸和導(dǎo)引作用，使整個作用空間產(chǎn)生持續(xù)流動的速度場。圖2為噴流射程與速度分布示意圖。

2.2　誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)成

誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)包括補風(fēng)風(fēng)機、多臺誘導(dǎo)風(fēng)機和排風(fēng)風(fēng)機，其中誘導(dǎo)風(fēng)機由可任意調(diào)節(jié)方向的噴嘴、前向多翼低噪音離心風(fēng)機、超薄箱體三部分組成。系統(tǒng)的流程是由補風(fēng)風(fēng)機將室外新風(fēng)通過通風(fēng)管道送到地下車庫，誘導(dǎo)風(fēng)機將新風(fēng)與室內(nèi)空氣進(jìn)行稀釋、混合，并沿預(yù)定的方向流向排風(fēng)口，由排風(fēng)管道、排風(fēng)機排到車庫外面。布置如圖3所示：

2.3　誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的特點

2.3.1　減少工程投資，節(jié)省安裝空間

一般誘導(dǎo)風(fēng)機箱體高度為250mm，可在梁間布置，直接吊掛于樓板下，有效降低建筑設(shè)計層高可在400mm以上，減少地下開挖土方量和混凝土澆筑量，減少工程投資：同時減少了風(fēng)管與其他管線的交叉問題。

2.3.2　安裝靈活，施工簡單，施工周期短誘導(dǎo)風(fēng)機無需接管，重量輕，體積小：安裝形式多種多樣，梁下板下吊掛、側(cè)梁側(cè)掛、壁掛等均可：電源為單相220V，電氣專業(yè)配線簡單。

2.3.3　節(jié)省運行費用，管理方便由于無通風(fēng)管道。補、排風(fēng)風(fēng)機所需風(fēng)壓降低，電機功率隨之下降，有效解決運行費用高的問題，避免采用傳統(tǒng)車庫通風(fēng)形式，業(yè)主或物業(yè)分時運行，或不運行使車庫空氣質(zhì)量差的矛盾：誘導(dǎo)風(fēng)機采用高效低噪聲風(fēng)機、消聲箱和具有空氣動力學(xué)特性曲線的高速噴嘴，噪音降低。

2.3.4　通風(fēng)效果好在地下汽車庫的設(shè)計中主要考慮到一氧化碳比重(標(biāo)況1.25kg／m3與空氣(標(biāo)況1.293kg／m3)相差很小，加上引擎發(fā)熱(尾氣溫度達(dá)100℃～150℃)，氣流易停滯在上部，而汽車發(fā)動機主要在下部排氣，且油蒸汽比空氣重，所以排風(fēng)管道一般按車庫內(nèi)上、下兩部分別設(shè)置，上排1/3～1/2，下排1/2―2/3，且多個風(fēng)口均勻分布。一旦氣流組織形式考慮不周，就會產(chǎn)生尾氣排放不佳的現(xiàn)象。誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)能空氣有效地混合，使車庫上、下部的空氣形成紊流氣流，不易產(chǎn)生死角；噴嘴可以根據(jù)不同建筑和不同位置，已達(dá)到合理的氣流形式而隨時調(diào)整方向。

2.4　誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)布置原則

2.4.1　合理設(shè)置主干線根據(jù)工程實際形狀及進(jìn)、排風(fēng)口的部位，要因地制宜，設(shè)置出穩(wěn)定的活塞式空間，先設(shè)置空氣流動主干線，再設(shè)置輔助噴嘴對空氣進(jìn)行擾動，避免污染的空氣流動時產(chǎn)生死角、在近地面處積聚。綜合考慮車位的布置和車尾(污染物排放處)的方向來布置誘導(dǎo)風(fēng)機，盡可能使清潔空氣主流位于主車道上，及時稀釋汽車入庫過程中尾氣排放的有害物。

2.4.2　防止氣流短路一般要求地下車庫的補風(fēng)豎井與排風(fēng)豎井盡可能遠(yuǎn)離，但很多情況下由于建筑專業(yè)和地面上的建筑物分布等原因，很難做到，致使補風(fēng)、排風(fēng)口相距很近，這時可以合理的布置誘導(dǎo)風(fēng)機，使補風(fēng)不要直接就有排風(fēng)口排除，利用噴嘴可以形成比較合理氣流流場，使新鮮空氣在車庫內(nèi)完成稀釋后在排除室外，以防止氣流短路。

2.4.3　確定的噴射角度在布置噴嘴時應(yīng)考慮不同層高而采用不同安裝傾角(與水平面夾角)，如層高h(yuǎn)

2.4.4　誘導(dǎo)風(fēng)機的間距設(shè)置“以允許的射流最小邊界速度來確定作用寬度，以允許的最小核心速度來確定射流接力長度”來確定布置間距，這兩個控制參數(shù)即可確定單個射流的作用面積。主要考慮射流長度和末端風(fēng)速及末端氣流的覆蓋面積等參數(shù)。

3　工程實例

3.1　工程概況

天津某住宅小區(qū)地下車庫工程共一層，建筑面積約38000m2，建筑層高3.0m。共設(shè)10個防火分區(qū)，每個防火分區(qū)均小于4000m2。以下僅就防火分區(qū)2進(jìn)行分析說明，其它防火分區(qū)原理相同。

3.2　系統(tǒng)設(shè)計

為節(jié)省土建成本建筑高度梁下為3.0m，若采用傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)肯定會使室內(nèi)凈空高度低于2.2m，根本無法滿足《汽車庫建筑設(shè)計規(guī)范》的最小凈高要求，而且滿布管道會使整個車庫顯得擁擠壓抑，因此通風(fēng)設(shè)計時采用誘導(dǎo)式通風(fēng)系統(tǒng)。

該防火分區(qū)面積約為3510.86m2，根據(jù)《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)定，將此防火分區(qū)分為 2個防煙分區(qū)，防煙分區(qū)面積分別1637m2和1630m2。

每個防火分區(qū)內(nèi)設(shè)一個排風(fēng)機房，一個送風(fēng)機房：同時排風(fēng)機兼排煙，送風(fēng)機兼排煙補風(fēng)用。排風(fēng)及補風(fēng)均通過土建豎井及防雨百葉進(jìn)行排風(fēng)和補風(fēng)。平時排風(fēng)時低速運行，排煙時高速運行。

平時送、排風(fēng)機開啟(或送風(fēng)機分時段開啟)，送風(fēng)通過誘導(dǎo)風(fēng)機高速噴出的氣流帶動周圍空氣，使大量清潔空氣與車庫內(nèi)污染空氣混合稀釋后，沿預(yù)設(shè)方向向排風(fēng)口流動，經(jīng)排風(fēng)機排至工程外。當(dāng)車庫內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，通過煙感探測器或消防控制中心，誘導(dǎo)風(fēng)機關(guān)閉，同時排煙主管的70℃防火閥關(guān)閉切斷平時排風(fēng)的系統(tǒng)，排煙風(fēng)機高速運行，常閉排煙防火閥打開，多頁排煙口打開開始機械排煙。當(dāng)煙氣達(dá)到280℃時，補風(fēng)機和排煙風(fēng)機的280℃防火閥關(guān)閉，補風(fēng)機和排煙風(fēng)機停止運行。

參考某廠家誘導(dǎo)風(fēng)機樣本資料，一般軸心風(fēng)速控制在0.8-1m/s左右接力效果較好。誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)布置要按補風(fēng)、排風(fēng)風(fēng)機的位置、車位方向等來組織氣流流動方向；障礙物與誘導(dǎo)風(fēng)機回風(fēng)口距離不能小于600mm，出噴嘴前方不應(yīng)有障礙物。

結(jié)合本工程實際，設(shè)計時按西南角進(jìn)風(fēng)，東面排風(fēng)的通風(fēng)方式，參考某廠家樣本，前后兩個噴嘴距離按11m，間距保持在9.5m以內(nèi)，噴嘴出風(fēng)口向下安裝傾角15。的原則布置，參見圖1。

3.3　風(fēng)量計算

地下汽車庫的通風(fēng)量按稀釋廢氣量計算，該車庫為住宅小區(qū)的停車庫，根據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施一暖通空調(diào)-動力》(2009版)的規(guī)定設(shè)計采用6次／h排煙量和4次／h通風(fēng)換氣量，詳見表1，

3.4　設(shè)備選型

誘導(dǎo)風(fēng)機選用YDF―I一12型送風(fēng)誘導(dǎo)器，配220V三速電機，每臺帶φ80mm×3支噴嘴，噴口風(fēng)速14-24m／s，誘導(dǎo)風(fēng)量1150-1350m3／h，并可選配時間編程控制或一氧化碳感測控制器。各風(fēng)機根據(jù)具體情況進(jìn)行計算，規(guī)格詳見表2：

4　結(jié)論

(1)為減少后建筑層高，減少車庫通風(fēng)管道安裝，采用誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)，是一種經(jīng)濟可行的通風(fēng)方式。《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施一暖通空調(diào)?動力》(2009版)中-也推薦使用誘導(dǎo)通風(fēng)方式。

(2)采用誘導(dǎo)通風(fēng)方式不僅能減少初投資，也可以根據(jù)車庫的車輛多少，適時調(diào)節(jié)運行臺數(shù)，降低運行費用。

(3)誘導(dǎo)風(fēng)機的擾動作用，形成了有組織的氣流流動，使沉積于車庫下部的有害氣體隨氣流向排風(fēng)口流動，解決了下部排風(fēng)口設(shè)置困難的問題。

(4)由于誘導(dǎo)系統(tǒng)的排煙風(fēng)管只在排風(fēng)機房附近主風(fēng)管處有平時排風(fēng)管，故其它地方排煙管內(nèi)風(fēng)速可加大至12～20m／s，每個排煙口的覆蓋距離可達(dá)30米，最終使排煙管的尺寸和布管密度與常規(guī)做法相比大幅減少，可相應(yīng)的把排煙管布置在四周沿墻或其它不占用通行的位置。

參考文獻(xiàn)

[1]陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.2008

[2]中國有色工程設(shè)計研究總院采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(GB50019―2003)[S]北京：中國計劃出版社，2004.

[3]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究.2009全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施(暖通空調(diào)?動力)[s]北京：中國計劃出版社.2009

[4]中華人民共和國公安部高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范(GB50045-95)[s]北京：中國計劃出版社，2005

篇9

關(guān)鍵詞：特朗貝墻體熱性能研究評價

1.引言

特朗貝墻系統(tǒng)的發(fā)展已有幾十年的歷史，其結(jié)構(gòu)形式和材料都有了一定程度的改進(jìn)。針對特朗貝墻系統(tǒng)熱性能的理論和實驗研究也有了很大進(jìn)展，建立了比較成熟的數(shù)學(xué)模型。特朗貝墻的傳熱研究涉及到優(yōu)化被動式太陽能建筑設(shè)計等多個重要方面，人們在特朗貝墻的熱特性研究領(lǐng)域作了大量的工作。隨著被動式太陽能建筑的普及和特朗貝墻研究方法及運算工具的改進(jìn)，特朗貝墻系統(tǒng)優(yōu)化和熱性能的研究取得了很大進(jìn)展。

2. 特朗貝墻發(fā)展歷程

2.1 特朗貝墻的構(gòu)造原理

特朗貝墻通常是由0.2~0.4米厚的混凝土墻表面涂黑或加吸熱板，外面覆蓋單層或雙層玻璃，玻璃與重質(zhì)墻的距離是0.02~0.15米，形成一個小的空氣間隙，重質(zhì)墻和玻璃蓋板上下分別開有通風(fēng)口。重質(zhì)墻外面涂有高吸收率和低反射率的選擇性涂層，既可以吸收太陽光譜中所有的可見光，又可以減少墻體向玻璃的紅外輻射，增強墻體的熱工性能。冬季，太陽輻射熱透過玻璃被黑色表面吸收并貯存在墻內(nèi)，通過空氣在間層內(nèi)的循環(huán)和墻體的導(dǎo)熱作用傳入室內(nèi)（如圖1a）。夏季，白天使用淺色反光卷簾避免黑色墻體表面吸收過多的太陽輻射，防止室內(nèi)過熱。夜晚將外通風(fēng)口打開，利用室外空氣冷卻墻體，并將多余的冷量蓄積在重質(zhì)墻內(nèi)，起到被動式降溫的作用（如圖1b）。研究表明，0.4米厚的墻體將熱量傳入室內(nèi)大約需要延遲8到10小時，使得室內(nèi)大大減少了對常規(guī)采暖和降溫的需要。

(a) 冬季采暖 (a) 夏季降溫

圖1特朗貝墻工作原理

2.2 特朗貝墻的發(fā)展

世界上最早的特朗貝墻是1960年由Trombe和Mechel在法國的C.N.R.S.實驗室建成。它在悶曬墻(Mass Wall)的基礎(chǔ)上增加了兩個通風(fēng)口，改善了由于重質(zhì)墻的熱容量大導(dǎo)致向陽吸熱面的溫升緩慢及向室內(nèi)的供熱有限的問題，大大提高了特朗貝墻的熱效率。但是，當(dāng)環(huán)境溫度較低時，重質(zhì)墻向環(huán)境的熱損失很大。所以J.K.Nayak等印度學(xué)者在1982年對使用夜間可移動外保溫板的特朗貝墻系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析，得出使用夜間外保溫可以向室內(nèi)多提供10%的熱量。爾后，為進(jìn)一步提高特朗貝墻的熱性能，R.Ben.Yedder等加拿大學(xué)者分別在1989年和1987年對使用與寒冷地區(qū)的，增加吸熱保溫層的特朗貝墻結(jié)構(gòu)的傳熱過程及設(shè)計尺寸進(jìn)行了探討。W.Smolec等印度學(xué)者等在1990年對特朗貝墻系統(tǒng)進(jìn)行冬季換熱模型研究時，提出了在間層內(nèi)使用保溫卷簾的方案，這種形式比J.K.Nayak可移動保溫板系統(tǒng)在工程實際中更具有可行性。隨著特朗貝墻系統(tǒng)的熱性能研究的深入又發(fā)現(xiàn)，運行較長時間后, 重質(zhì)墻和玻璃蓋板上會因空氣流動而積塵, 影響對太陽輻射的吸收和透過性能，所以又出現(xiàn)了在間層內(nèi)增加吸熱板的結(jié)構(gòu)，1996年法國學(xué)者F.Mootz等對使用輕質(zhì)墻體的特朗貝墻系統(tǒng)傳熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，討論不同空氣間層尺寸和吸熱板擺放位置對其熱性能的影響。伴隨著人們對室內(nèi)熱舒適性的要求，特朗貝墻夏季過熱的問題也越來越受到關(guān)注，1998年泰國人J.Hirunlabh等對一種類似特朗貝墻結(jié)構(gòu)的夏季降溫系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行了實驗討論。Guohui Gan等討論了增設(shè)外通風(fēng)口的 特朗貝墻系統(tǒng)的設(shè)計尺寸與夏季降溫能力之間的關(guān)系，并用實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證。綜合前人的研究成果，陳濱等中國學(xué)者2003年在中國大連建造了實體大的具有外通風(fēng)口和內(nèi)置遮陽卷簾的特朗貝墻實驗房，對其冬季熱性能和夏季降溫效果進(jìn)行了理論和實驗研究。

3.特朗貝墻熱性能研究

特朗貝墻作為一種發(fā)展比較成熟的被動式太陽能部件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于被動式太陽能建筑中。特朗貝墻熱性能研究已有幾十年的歷史，通過實驗研究、理論研究以及理論和實驗相結(jié)合的方法，在間層內(nèi)空氣對流換熱、特朗貝墻系統(tǒng)熱性能評價等多方面都形成了比較嚴(yán)密的研究體系。

3.1 研究手段

3.1.1 實驗研究

實驗研究主要是針對已建成的系統(tǒng)或縮小比例的實驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行分析其熱工性能。用實驗方法確定墻體熱特性,就是在一定的實驗條件下,通過測量特朗貝墻的墻體溫度等參數(shù),根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算墻體的熱特性參數(shù)的方法。

3.1.2理論研究

理論研究方法是通過對特定的特朗貝墻結(jié)構(gòu)及材料進(jìn)行某些假設(shè)和簡化,使之成為易于處理的物理模型,然后將傳熱的基本方程應(yīng)用到該物理模型上, 進(jìn)而抽象為數(shù)學(xué)模型，求解方程可以得到反應(yīng)特朗貝墻熱特性的某些參數(shù),再將這些參數(shù)應(yīng)用到實際負(fù)荷計算及傳熱分析中。這些數(shù)學(xué)模型通常以室內(nèi)外溫度等作為輸入量，根據(jù)傳熱學(xué)和流體力學(xué)理論，對特朗貝墻的溫度場分布等通過解析計算或數(shù)值計算的方法進(jìn)行求解。

3.2 研究內(nèi)容

3.2.1對流換熱

對流換熱研究主要是根據(jù)連續(xù)性方程、能量方程、動量方程及合理的邊界條件，通過解析或數(shù)值計算的方法，分析空氣間層內(nèi)空氣的流態(tài)、循環(huán)方向，求解特朗貝墻空氣間層速度場分布、溫度場分布以及空氣流率，進(jìn)而計算特朗貝墻的對流換熱量。

3.2.2 導(dǎo)熱換熱

對于墻體導(dǎo)熱方面的研究主要根據(jù)導(dǎo)熱方程，利用解析計算或數(shù)值計算的方法，對墻體的導(dǎo)熱過程進(jìn)行研究。主要分為穩(wěn)態(tài)分析法和動態(tài)分析法。

墻體的穩(wěn)態(tài)分析法常采用的是集總參數(shù)法，該法是把墻體人為的劃分成許多離散的網(wǎng)絡(luò)，仿照電路電阻-電容（RC）分析方法來研究墻體的傳遞函數(shù)。這種方法直觀易懂，但使用時為了不造成解的震蕩，需要把網(wǎng)絡(luò)分得很細(xì)，而且對不同的外界條件，墻體內(nèi)的溫度分布及墻體的傳遞函數(shù)必須重新計算。

在對墻體動態(tài)的熱過程進(jìn)行分析時，常用諧波分析法和反應(yīng)系數(shù)法。諧波法用來解邊界條件成周期變化時的導(dǎo)熱微分方程。熱反應(yīng)系數(shù)法是1967年由加拿大的學(xué)者M(jìn)italas G.P.和Stephenson D.G.等人提出的，這種方法是在已知墻體各層材料熱物性參數(shù)的情況下，對傳熱方程進(jìn)行拉普拉斯變換，通過求解其特征方程的根，計算其熱反應(yīng)系數(shù)。

3.2.3 輻射換熱

輻射換熱分析是根據(jù)光學(xué)原理結(jié)合太陽輻射周期性的變化規(guī)律，分析使用不同材料的透明覆蓋及墻體吸收表面對墻體吸熱量的影響。研究的目的是為了特朗貝墻系統(tǒng)可以在冬季盡可能減少熱損失的情況下，最大限度的接收太陽輻射熱。

3.2.4系統(tǒng)熱性能評價

系統(tǒng)熱性能評價是根據(jù)能量方程、熱平衡方程等計算特朗貝墻系統(tǒng)的溫度場等熱特性參數(shù)，將三種傳熱基本方式的的耦合起來評價特朗貝墻系統(tǒng)的熱性能。以此為特朗貝墻系統(tǒng)選型設(shè)計提供依據(jù)。

3.3 被動式太陽房熱工設(shè)計軟件的發(fā)展

1976 年，J . D. Balcomb 編出集熱墻式被動暖房的模擬程序PASOLE ，當(dāng)年冬天，建立了并排的試驗小室，并投入運行，利用試驗結(jié)果對PASOLE 進(jìn)行了驗證。1977 年春，Balcomb 等人利用驗證的程序模擬分析了不同氣象條件對熱工性能的影響。根據(jù)模擬分析、小室試驗和居室測試結(jié)果以及由此發(fā)展的一些簡化計算、設(shè)計方法，于1980 年出版了被動式太陽能設(shè)計手冊。

4 特朗貝墻熱特性分析研究的應(yīng)用

雖然特朗貝墻研究領(lǐng)域，人們已經(jīng)能夠?qū)w的非穩(wěn)態(tài)傳熱問題進(jìn)行比較全面的描述和求解。但非穩(wěn)態(tài)傳熱研究通常采用數(shù)值模擬方法，計算出來的結(jié)果大都缺少實驗數(shù)據(jù)的驗證，模型的準(zhǔn)確性缺乏可靠性。所以在實際的建筑工程應(yīng)用中，模擬和預(yù)測特朗貝墻內(nèi)的空氣流動和傳熱時的主要理論仍然是穩(wěn)態(tài)條件下的傳熱計算。這一方法較為簡便且易于掌握，但是該法的數(shù)學(xué)模型建立在一系列假設(shè)的基礎(chǔ)上，求解條件一般設(shè)定為穩(wěn)態(tài)邊界條件，沒考慮上述邊界條件變化時的溫度和氣流分布狀況，也沒有考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性因素的影響，所以并不能全面反映特朗貝墻的傳熱過程。

5.結(jié)論與展望

雖然經(jīng)過幾十年的研究，特朗貝墻熱性能的理論和實驗研究有了很大進(jìn)展，建立了比較成熟的數(shù)學(xué)模型。但是由于其實際傳熱過程復(fù)雜，問題的干擾因素過多且不同結(jié)構(gòu)尺寸等原因，使已建立的模型相對于實際情況假設(shè)過多而不能十分準(zhǔn)確地描述真實的傳熱情況。目前特朗貝墻的研究主要還存在以下三方面問題：

1）在計算間層內(nèi)空氣對流換熱量時對流換熱系數(shù)的確定。目前使用的對流換熱系數(shù)的公式多依據(jù)大平板對流換熱理論，忽略了摩擦力的影響。

2）簡化的計算模型通常假設(shè)墻體壁面和玻璃內(nèi)壁面的溫度均一，這使得計算結(jié)果與實際情況誤差較大。

篇10

關(guān)鍵詞：

1、項目的提出

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)對電廠運行的潔凈、安全、經(jīng)濟性提出了更高的要求。由于鍋爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行工況，環(huán)境的惡劣，鍋爐一直是電廠運行中問題最集中，事故率最高，對機組可用率影響最大的一個設(shè)備。其中，鍋爐燃燒工況的好壞在很大程度上，決定著鍋爐設(shè)備和整個發(fā)電廠運行的經(jīng)濟性和安全性。煤粉燃燒工況復(fù)雜的特性，決定了燃燒過程以及與之有關(guān)的其它他過程是難以控制和測量的，如果只憑表面現(xiàn)象和直觀經(jīng)驗已經(jīng)很難對運行工況作出準(zhǔn)確的判斷和合理的調(diào)整。因此，就需要對影響燃燒工況的主要參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確地測量，從而能夠達(dá)到有目的、有計劃的控制、調(diào)整燃燒，實現(xiàn)鍋爐最佳的運行方式。

燃燒調(diào)整的目的是尋找和建立最佳的燃燒方式，建立起爐內(nèi)良好的空氣動力工況。其中，關(guān)鍵的調(diào)整項目是使四角配風(fēng)均勻臺理。這對于攜帶煤粉的一次風(fēng)有著較為嚴(yán)格的要求，對動能、剛性比一次風(fēng)大得多的二次風(fēng)有著更高的要求。一般對于一次風(fēng)噴口風(fēng)速同層四角偏差要求

2、現(xiàn)狀和問題

目前，實際運行中，可爐檢測一、二次風(fēng)，進(jìn)行燃燒調(diào)整的手段主要有3種，現(xiàn)分析如下：（1）依據(jù)安裝于每個燃燒器一、二次風(fēng)支管及風(fēng)箱上的靜壓測點指示，調(diào)平各層風(fēng)速。其測量原理是利用流體力學(xué)的伯努力方程，即假設(shè)在全壓相等的前提下，動壓等于全壓減靜壓，通過測量靜壓來對比動壓。（2）通過對各風(fēng)門進(jìn)行冷、熱態(tài)的風(fēng)門特性試驗，依據(jù)風(fēng)門開度的大小來實現(xiàn)一、二次風(fēng)的調(diào)整。（3）近幾年，一些科研院所做過一些工作，如在一、二次風(fēng)支管中安裝全壓測速管：把二次風(fēng)小風(fēng)門作為阻力件，通過測量風(fēng)門錢后的管道靜壓差，或直接在風(fēng)道安裝靠背管和笛型管等項技術(shù)，來試圖解決一、二次風(fēng)風(fēng)速的測量。

由于現(xiàn)場所能提供的測量條件和上述一次測量元件自身測量條件要求的限制，在工業(yè)現(xiàn)場的實際應(yīng)用中難以勝任燃燒器噴口風(fēng)速準(zhǔn)確測量的工作。

3、改造方案

鍋爐燃燒系統(tǒng)中二次風(fēng)依次從四角二次風(fēng)大風(fēng)箱進(jìn)行分組，分別分配給各層二次風(fēng)水平支管，然后進(jìn)入爐內(nèi)。在這種結(jié)構(gòu)中能實現(xiàn)對每個二次風(fēng)噴口風(fēng)速測量的場所，只能在水平直管段。但水平管段一般為變徑管和組合彎頭，可供正常安裝風(fēng)速測量裝置的位置幾乎沒有，即使對支管結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，其直管段的長度也是非常有限的，是很難滿足目前現(xiàn)有的各種動壓測量裝置的測量條件的。通過對上述存在問題的仔細(xì)分析、研究。實現(xiàn)鍋爐的一、二次風(fēng)速的準(zhǔn)確測量，必須同時滿足如下3個必要的條件：（1）對于任何測量裝置或儀器來說，要保證測量的準(zhǔn)確、穩(wěn)定，即有誤差限作保證，都需要一個基本的測量條件。對于動壓測量裝置也是如此，即需要一定的整流直管段。因此，需要根據(jù)鍋爐風(fēng)箱和風(fēng)道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的技術(shù)改造，為一次測量元件的安裝和測試提供一定的測量條件。（2）設(shè)計、開發(fā)出能夠?qū)崿F(xiàn)測量矩形、圓形截面管道，潔凈或低含塵氣流平均風(fēng)速測量，適合于一、二次風(fēng)噴口風(fēng)速測量的較為理想的一次動壓測量元件，具有測量條件要求低，輸出信號穩(wěn)定、準(zhǔn)確，小管徑，高流速，局部阻力小的特點。（3）在此基礎(chǔ)上，利用微差壓傳感器、先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機處理技術(shù)，對動壓信號進(jìn)行必要地 修正，以數(shù)字量和模擬量的方式在計算機屏幕上顯示出來，指導(dǎo)運行。

4、設(shè)備改造和調(diào)試

4.1一次元件的設(shè)計

在常規(guī)測速裝置中，翼形風(fēng)速測速裝置由于它是喉部取壓，測量信號穩(wěn)定，精度和靈敏度較高；本身可以對流場進(jìn)行整形，要求的前后直管段短；整個形狀為流線型，不可恢復(fù)的動壓損失?。惠敵龅牟顗盒盘柲芊糯?-5倍，足以滿足傳感器對微差壓信號的要求，基本上能夠滿足一、二次風(fēng)風(fēng)速測量的條件，同時也滿足鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計、風(fēng)道結(jié)構(gòu)布置的要求。但是，傳統(tǒng)意義上的機翼測量裝置是由單板成型的，適用于低流速大管徑、矩形截面、純凈空氣流速測量領(lǐng)域的裝置。因此，如果選定機翼型測速裝置為該監(jiān)測系統(tǒng)的一次測量元件，就需要對它的結(jié)構(gòu)、制造工藝，計算方法進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，適合于矩形、圓形、小管徑、高流速、全截面（多點、網(wǎng)格法）平均風(fēng)速、低含塵氣流動壓準(zhǔn)確測量的需要。經(jīng)改造設(shè)計和外委加工、安裝、建立模化試驗臺、確定試驗方法、計算方法和試驗內(nèi)容，開發(fā)出翼型風(fēng)速測量裝置，在阻力系統(tǒng)較?。?.3-0.5）的情況下，機翼前后各有1D和0.5D的直管段，就能保證風(fēng)速測量誤差

根據(jù)對現(xiàn)場的防塵、防電磁和高溫的要求，開發(fā)出微差壓傳感器，作為該系統(tǒng)傳感器部件。每個傳感組由8路信號組成。傳感器的核心元件是選用進(jìn)口的擴散硅電阻橋硅膜片，具有良好的穩(wěn)定性。信號經(jīng)放調(diào)理轉(zhuǎn)換成4-20m標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，系統(tǒng)精度

4.2現(xiàn)場改造

改造方案：根據(jù)鍋爐一、二次風(fēng)風(fēng)箱、風(fēng)道的具體結(jié)構(gòu)和相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，設(shè)計機機翼型測速裝置，并提出具體的改造方案。利用機組大修的機會對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造工作，加裝機翼型測速裝置。安裝熱工檢測部分，結(jié)合現(xiàn)場的具體情況，進(jìn)行系統(tǒng)軟、硬件的整體調(diào)試工作、消除系統(tǒng)中存在的缺陷。

4.3試驗與調(diào)試

冷態(tài)試驗：由于機翼型測速裝置是一種非標(biāo)準(zhǔn)的測速標(biāo)準(zhǔn)，因此，必須對其進(jìn)行流量系數(shù)的標(biāo)定工作。此項工作可以通過試驗風(fēng)洞或在現(xiàn)場通過冷態(tài)試驗完成，另外，對燃燒設(shè)備的狀況進(jìn)行必要的檢查。

熱態(tài)試驗：在鍋爐啟動以后，還需要對鍋爐進(jìn)行熱態(tài)的燃燒調(diào)整試驗，目的是通過該項試驗確定，在一定的煤質(zhì)范圍內(nèi)，鍋爐在不同負(fù)荷、不同工況和磨組合方式下最佳的燃燒運行方式。其中，最主要的是鍋爐一、二次風(fēng)的調(diào)整、匹配方式，并建立燃燒運行卡。