专利名称：一种新型扩散弯道的制作方法
技术领域：
扩散弯道是接装于风机扩散器之后的通流元件，其作用一是回收动压；二是将含有有害杂质气体的空气排放到足够的高度，以减轻对周围环境的污染。它广泛应用于厂矿企业等国民经济的各行各业。
背景技术：
目前国内厂矿企业等单位通风用的扩散弯道主要有两种形式，一是苏式60°型扩散弯道；二是东工流线型扩散弯道。苏式60°型扩散弯道，由于其内外边界线形不符合流体力学要求，在内边界线出风口处有较大的回风涡流区，从而影响风机能量的有效利用，其扩散效率只有14.33％；东工流线型扩散弯道的边界形式是用流体力学的方法确定的，因而其性能要比苏式60°好，但这种扩散弯道也未能完全消除内边界线出风口处的涡流回流现象，其扩散效率也只达到29.65％。涡流区的出现表明气流的边界层发生了分离。从技术上说，扩散弯道中气流边界层是否发生分离主要取决于其界面的形状即流型，因为它直接影响到气流流动的方向。
发明内容
为了克服现有扩散弯道扩散效率低、对能源有效利用率差的缺陷，本实用新型通过模型试验及流体力学理论分析，提供了一种新型的流线型扩散弯道，该扩散弯道不仅防止了内外边界出口处的涡流回流现象，而且还具有扩散效率高、对能源有效利用率大的特点。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案有两方面(1)扩散弯道的小模型试验扩散弯道模型的内外边壁用薄木板组成，以保证其边界形式可调，模型的底板设置坐标纸，用于记录扩散弯道模型的边界曲线，模型的内部用细盐粒作为流场显示物，作为用流体力学设计边界流型的依据。试验时调整扩散弯道模型的边界形式，用微压计测量模型入口断面的负压，用速度测针测定出口断面的速度，用温度计、干湿计、气压计测定大气密度，并通过计算来评定扩散弯道的性能。经多方案的对比试验确定，当内外边界流线上汇流点的高度分别取1.732h和0.95h(h为进风道高度)；气流在内外汇流点处的汇流角分别取60°；两汇流点之间的距离取1.52h时，所得的理论流型与试验流型相吻合。为使扩散弯道外边界线顶端的位置达到工程上所规定的1.4h的最低高度，过外汇流点作与水平成50°夹角的直线，扩散弯道具有最佳的性能，它消除了内边界出口处的涡流回流现象。
(2)扩散弯道的流体力学理论分析在用试验法确定出扩散弯道内外边界线汇流点的位置及出流汇流角的条件下，用流体力学理论来设计其边界形式。在图2所示的坐标系下，本实用新型的内边界线方程为y1=2d1(4-3θ1π)---(1)]]>外边界线方程为
y2=1.714d2(4-3θ2π)---(2)]]>(1)、(2)两式中y1-内边界线上某点的纵坐标y2-外边界线上某点的纵坐标d1-内边界线上汇流点到风道顶端的高度，d1＝0.732h；d2-外边界线汇流点高度，d2＝0.95h。
θ1-内边界线上某点与坐标原点C连线的幅角θ2-外边界线上某点与坐标原点D连线的幅角此时，θ1取值范围为 θ2取值范围为
图1为本实用新型内外边界线、以及其上汇流点的位置关系图，其中h为进风道高度，AC为扩散弯道内边界线，BD为扩散弯道外边界线C为内边界线上汇流点，D′为外边界线上汇流点；a1为内汇流点处的汇流角；a2为外汇流点处的汇流角；图2为扩散弯道边界方程所依据的坐标系的布置情况，其中x1Cy1为内边界线所在的坐标系；x2Dy2为外边界线所在的坐标系。
图3反映了本实用新型的作图情况。
图4为三种扩散弯道出口流速分布。其中a为苏式60°型；b为东工流线型；c为本实用新型，横坐标表示扩散弯道出风口处内边界至外边界沿宽度方向上的距离，纵坐标表示测点处的速度与出口断面的平均速度的比值。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。设轴流通风机后方的进风道A-B断面的高度为h，应用式(1)和式(2)设计本实用新型的步骤如下(1)确定内边界线上汇流点坐标。令d1＝0.732h，扩散弯道内边界线汇流点C到风道出口断面A-B的水平距离为L。图2中，设扩散弯道内边界线与风道进口断面顶端的交点为A，将y1＝d1，代入(1)式得-d1=-2d1(4-3θ1π)]]>
由图2可知，当θ1＝210°，有γ＝30°因此，知道了C点所处的高度，C点距风道进口断面的水平距离L就可以确定了。
(2)作扩散弯道内边界线。以C为原点，给定一系列θ1的值，并代入式(1)中，即可求出对应的y1值，列于表1中。将相应的交点0、1、2、3、4、5、6用圆滑曲线连接起来即得扩散弯道的内边界线。
(3)确定扩散弯道外边界线的汇流点D′点的位置。由试验得知，由点作与水平成-30°的直线CD′，当CD′/AB＝1.52时，扩散效果最好，因此可确定D′点的具体位置。
(4)作扩散弯道外边界线。以D′为原点，给定一系列θ2值，根据式(2)可算出相应的y2值，列入表1中，按照画内边界线的方法即可得到扩散弯道外边界线的曲线段，再过D′点作与水平成50°夹角的直线段D′D，使扩散弯道的外边界线顶点达到规定的1.4h的高度。
表1扩散弯道内外边界线点的位置与幅角之间的关系 按上述方法设计的本实用新型的最低高度为1.4h，如想继续加高扩散弯道，加宽出风断面，可在原扩散弯道基础上加高。加高的方法是在内边界线上过顶点C作与水平成60°夹角的直线CM，在外边界线上过顶点D作与水平线成50°夹角的直线DN，并使MN平行于CD，得到加高后的扩散弯道。图3反映了本实用新型边界的作图情况。
本实用新型的有益效果众所周知，扩散弯道的性能可用静压恢复系数、压力损失比、扩散效率等技术参数来表征。为测试本实用新型扩散弯道的性能，在吹风试验台上进行了吹风对比试验。所用的三种扩散弯道的形式为苏式60°型、东工流线型、本实用新型。它们的入口尺寸均为500mm×500mm。试验是在雷诺数Re＞5×105范围内进行的，使气流的特性处于阻力平方区，以保证和工程实际的动力相似。每种扩散弯道通过风量调节，测试五组参数，这样每一个性能参数有五个数据再取平均值，表2中列出了这三种扩散弯道的各种性能参数。
表2.三种扩散弯道的性能参数对比 吹风测试结果表明，三种扩散弯道中，本实用新型的性能最好，它的静压恢复系数比苏式60°型和东工流线型分别提高了36.1％和23.8％；扩散效率比苏式60°型和东工流线型分别提高了41.39％、26.07％。为了解这几种扩散弯道的出口速度分布状况，试验用速度测针和皮托管测试了出口处气流的速度，结果如图4所示。所试验的三种扩散弯道中只有本实用新型消除了内边界出口处的涡流回流现象，从而证实了这种扩散弯道的界面形式是最为合理的，其性能优于目前使用的几种扩散弯道的性能。
权利要求1.新型扩散弯道，其特征是内边界流线上汇流点的高度分别取1.732h(h为进风道高度)，外边界流线上汇流点的高度为0.95h；气流在内外汇流点处的出流角(α1、α2)均为60°；两汇流点之间的距离为1.52h，其内边界流线方程为y1=2d1(4-3θ1π);]]>外边界流线方程为y2=1.714d2(4-3θ2π),]]>上两式中y1—内边界线上某点的纵坐标y2—外边界线上某点的纵坐标d1—内边界线上汇流点到风道顶端的高度，d1＝0.732h；d2—外边界线汇流点高度，d2＝0.95h。θ1—内边界线上某点与坐标原点C连线的幅角θ2—外边界线上某点与坐标原点D连线的幅角此时，θ1取值范围为76π~43π,]]>θ2取值范围为4136π~43π.]]>
2.根据权利要求1所述的扩散弯道，其特征是通过外边界流线汇流点作与水平成50°夹角的直线，使外边界线顶端D的位置达到工程上所规定的1.4h的高度。
3.根据权利要求1所述的扩散弯道，其加高特征是加高的内边界线部分是内边界线汇流点C以上、与水平成60°夹角的直线(CM)部分；加高的外边界线部分是外边界线汇流点D以上、与水平线成50°夹角的直线(DN)部分，且MN平行于CD。
专利摘要一种扩散弯道，能高效地回收动压，并把含有有害杂质的气体排放到足够的高度，以减轻对周围环境的污染。它的内外边界形式是流线形的，具体是内、外边界流线上汇流点的高度分别取为1.732h和0.95h；气流在内、外汇流点处的出流角均取为60°(h为进风道高度)，两汇流点之间的距离为1.52h。根据流体力学理论，确定出扩散弯道内外边界流线的方程。这样的扩散弯道，不仅防止了内外边界出口处的涡流回流现象，而且还具有扩散效率高、对能源有效利用率大的特点，其静压恢复系数和扩散效率分别较目前所用扩散弯道分别提高了23.8％～36.1％和26.07％～41.39％。
文档编号F04D29/40GK2742202SQ20032012288
公开日2005年11月23日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年12月26日
发明者陶峰, 陈珏 申请人:陶峰