专利名称：一种十字型分流整流四通的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通风空调系统中的一种局部构件，特别涉及一种十字型分流整流 四通
背景技术：
十字型四通管是暖通动力流体机械中非常常见的改变流体流向并且分流的管件。 在流体动力学中，由于流体的转弯，出现了从曲率中心向管子外弧面的离心力，这就使得流 体从管道的直线段过渡到弯曲管段(在拐弯结束前)时，外弧面的压力增高而内弧面的压 力降低。所以，在外弧面处流体的流速将减小，而在内弧面处流体的流速相应地增大。因此， 在外弧面附近出现扩散效应，而在靠近内弧面处出现收缩效应。流体从弯曲管段过渡到直 管段(拐弯后)时，又有相反的现象发生，即内弧面附近产生扩散效应，外弧面附近产生收 缩效应。扩散效应使得流体脱离壁面，同时弯曲管段流体由于惯性而流向外弧面的运动更 加剧了从内弧面的分离，并产生强烈的动量交换。由于以上原因，流体在流过十字四通分流后，流体会由于扩散和收缩效应而产生 流体速度分层，如图1所示，这会导致流体在图中所示分流后上下支路右侧的流速大于左 侧。这就意味着流体流速不均勻，在暖通空调领域，一方面会在管道内部发生振动而产生噪 音；另一方面，如果将这部分流体直接送入房间，会造成室内气流组织与设计相悖从而影响 室内舒适性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种十字型分流整流四通，该十字型分流整流四通的根据 其构造采用独特的设计消除了流体通过十字型四通后所形成的速度分层，从而最终达到对 通过十字型四通后的流体进行整流的目的。为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现一种十字型分流整流四通，包括入口段、第一出口段、第二出口段、第三出口段，其 中第一出口段位于入口段一侧与入口段处于同一水平面，第二出口段与第三出口段对称位 于入口段上下两侧，且第二出口段与第三出口段的延长线相连所在的平面与入口段所在平 面相互垂直，构成十字型结构，入口段通过四通分流段的水平连接端与第一出口段相连，四 通分流段的纵向两个连接端对称连接有缓冲段，在缓冲段另一端对称设有与第二出口段和 第三出口段相连的整流段；所述的整流段内上端设有整流叶片，每个整流叶片上带有导流 叶片将整流段内分为五个等流量的流体通道。本发明其他技术特点为所述缓冲段长度与入口段管道宽度相同。所述的整流叶片沿整流段纵向呈锐角三角形，且与来流方向有一定的倾角，使得 整流段内形成五个入口大小不同的流体通道。所述的导流叶片背向来流方向呈锐角三角形，并且与整流段纵向相互平行。
另外，设计上述十字型分流整流四通整流段内各整流叶片与整流段纵向方向之间 形成的五个流体通道的入口大小确定方法，该方法包括如下步骤步骤一、确定十字型分流四通内的流体流场状态，根据第一出口段、第二出口段和 第三出口段管道的尺寸和管道入口流体速度，运行雷诺应力模型并结合SIMPLE算法，然后 模拟出设置整流段前传统字型分流四通速度场，从而得到整流段位置处流体的速度分布
值。 步骤二、确定十字型分流整流四通各整流叶片与整流段纵向方向之间形成的五个 流体通道的入口大小，根据步骤一求得的整流段位置处流体的速度分布值，利用面积分原 理，求得满足每个流体通道内流体流量相同条件时的五个流体通道入口大小。由以上可见，本发明首先通过分流段对流体进行分流，使流体进入缓冲段内，流体 在缓冲段内进行缓冲，形成具有相对稳定的流体特性后再通过整流叶片与整流段之间形成 的五个大小不同的通道对流体进行等流量切割，并通过导流叶片与壳体之间形成五个大小 相等通道消除流体的横向速度。从而消除流体通过十字四通后所形成的速度分层，最终达 到对通过十字四通后的流体进行整流的目的，如图2所示。
图1为流体通过传统十字四通时的流速等值线图；图2安装本发明的十字型分流整流四通后流体通过十字四通时的流速等值线图；图3为本发明结构示意图；图4为传统十字四通出口段横断面流体的速度分布积分图；图5为本发明实施例的十字型分流四通出口段速度分布中各符号表示以下信息1、入口段；2、3、4、5、整流叶片；6、导流叶片；7、第二出 口段；8、缓冲段；9、四通分流段；10、第一出口段、11、整流段；12第三出口段；其他，箭头方 向表示流体流动方向。以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细地说明。
具体实施例方式如图3所示，本发明的十字型分流整流四通，包括入口段1、第一出口段10、第二出 口段7、第三出口段12，其中第一出口段10位于入口段1 一侧与入口段1处于同一水平面， 第二出口段7与第三出口段12对称位于入口段1上下两侧，且第二出口段7与第三出口段 12的延长线相连所在的平面与入口段1所在平面相垂直，构成十字型结构，其特征在于入 口段1通过四通分流段9的水平连接端与第一出口段10相连，四通分流段9的纵向两个连 接端对称连接有缓冲段8，此处缓冲段8的设计用于确保整个合流三通管内形成具有相对 稳定的流体特性的流体。在缓冲段8另一端对称设有与第二出口段7和第三出口段12相 连的整流段11 ；所述的整流段11内上端设有整流叶片(2、3、4、5)，每个整流叶片上带有导 流叶片6将整流段11内分为五个等流量的流体通道。由于流体在经过变向后流动特性变得不稳定，为了使其能够形成具有相对稳定的 流体特性后，然后再通过整流叶片与整流段之间形成的五个大小不同的流体通道对流体进 行等流量切割，本发明在整流段11前设置长度与入口段1管道宽度相同的缓冲段3。
为了避免切割流体引起的阻力增大的问题，且能更加有效的对流体进行切割，整 流叶片(2、3、4、5)沿整流段11纵向方向设有一定的倾角，使得整流段11内形成五个入口 大小不同的流体通道；所述的整流叶片(2、3、4、5)呈锐角三角形并且与来流方向相对。这 种类型导流叶片与流体碰撞时的接触面面积更小，有此所产生的碰撞阻力也小，由于碰撞 产生流体涡旋的可能性也小。以此可以有效的减小切割流体所引起的阻力。同样为了避免切割流体引起的阻力增大的问题，且能更加有效的对流经整流叶片 的流体进行导流，导流叶片6背向来流方向呈锐角三角形，并且与整流段11纵向相互平行。 当流体通过四通分流段9后所形成的与来流方向相垂直的速度分量会被导流叶片6所消 除，从而消除了流体通过四通分流段9后形成涡旋并增加阻力的可能。
当流体流过十字四通后由于背景技术中所述的扩张和收缩作用，会在如图1所示 位置形成右侧速度大，左侧速度小的速度分层。本发明通过雷诺应力模型并结合SIMPLE算 法所得出的流过十字四通后流体流速分布及大小，确定整流叶片与壳体之间的间距大小， 使得流体流过整流叶片后的在每个通道的流体流量相同。由于整流叶片对流体进行了切 害I]，流体会在被切割后形成涡旋。本发明中的整流片在横截面大小不变的情况下，对流体的 横向速度进行抵消，从而消除其所形成的涡旋，使流体只具有纵向速度。从而在消除速度分 层，达到整流目的。因此设计十字型分流整流四通整流段11内各整流叶片(2、3、4、5)与整流段11纵 向之间形成的五个流体通道的入口大小确定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤步骤一、确定十字型分流四通内的流体流场状态，根据第一出口段10、第二出口段 7和第三出口段12管道得尺寸和管道入口流体速度，采用雷诺应力模型并结合SIMPLE算 法。首先、求解动量方程
_ Duj I dp +μ{ S2Ui d 尺 1 dXj ρ Sxi ρ dXjdXj Sxj 11然后求解压强修正的连续性方程
du ^—= 0
Sx1ρ为流体密度；Ui, Uj为速度，i，j为张量下角标，i，j = 1，2，3 ； μ，μ t为动力黏 度，下角标t表示该物理量由湍流脉动引起；ok，σ τ为常数KpCnC2为经验系数，其取值 如下表所示。并且更新压强、便面质量流量并以此求解雷诺应力方程。并判断是否收敛，如果收 敛则停止计算，如果不收敛则继续求解动量方程。RSM模型常数，如表1所示表1.模型常数
系数I-C^Γζok ο ε 数值 009 hli L92 ITo 1. 3然后模拟出设置整流段11前十字型分流整流四通速度场，从而得到整流段11位 置处流体的速度分布，参见图4。
步骤二、确定十字型分流整流四通各整流叶片(2、3、4、5)与整流段11纵向方向之 间形成的五个流体通道的入口大小，根据步骤一求得的整流段11位置处流体的速度分布， 如图4所示。求出整流段11的位置横剖面内各个点的速度大小，从左向右对流速及流体与 整流段内壁的距离进行积分，当流量满足总流量的1/5时停止积分，所求得的距离即为整 流叶片与整流段10内壁的设置距离以及各整流叶片之间的设置间距。这样就满足这五个 流体通道内流体流量都是相同的皆为总流量的1/5。利用面积分原理，从而完成满足每个流 体通道内流体流量相同条件时的五个流体通道入口的大小的设置具体实施例以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施 例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。遵循上述技术方案，以中央空调风管连接用十字型分流整流四通的优化过 程为例，首先确认十字型分流整流四通管道各部分尺寸，其中整流入口段的尺寸为 300mmX 300mm，第一出口段尺寸为600mmX 300mm，第二、三出口段尺寸均为300mmX 300mm， 弯度为1. 5，整流段长度为300mm，整流段中的整流片长度为100mm，导流叶片长度300mm。然后列出动量方程和连续性方程的离散格式，使用simple方法进行求解，可以 得出从未添加整流段时整流段11所在位置处流体的速度分布值。确定整流段入口处大 小，如图4所示，根据积分原理，图4中的曲线所包围的面积及为流量大小，以入口处风速 为7m/s为例，总的入口提及流量为7m/sX300mmX300mm = 0. 63m7s。本发明一共为五 个流道，则每个流道内应流过的流体体积为0. 126m3/S。因此，只要从图4中的左端向右 端依次沿着管道宽度进行积分，当积分值达到0. 126m3/s时积分停止即可。通过计算当 宽度依次从左向右分别达到80mm、40mm、50mm、60mm、70mm时，其各流道中的体积流量积分 值皆为0. 126m3/S(此时，五个流道中的平均流速依次为5. 25m/s、10. 5m/s、8. 4m/s、7m/ s、6m/s)。这样就能够确定出五个流体通道入口处的大小从左向右分别为80mmX300mm、 40mm X 300mm、50mm X 300mm、60mm X 300mm、70mm X 300mm。通过这种流体切割,五个流体通道 内的流体流量相等，所以流体通道出口大小也是相等的，其流体通道出口尺寸从左向右依 次为 60mm X 300mm、60mm X 300mm、60mm X 300mm、60mm X 300mm、60mm X 300mm (此时，五个流 道中的平均流速均为7m/s)。在概率论和数理统计中，方差(英文Variance)用来度量随机变量和其数学期望 (即均值)之间的偏离程度。在许多实际问题中，研究随机变量和均值之间的偏离程度有着 很重要的意义。
1 - - -S2 = —[(X1 -xf +(X2 -xf + …+ (X -x)2]
η因此，为了分析本发明与传统十字型分流整流四通各出口处速度分布的不同，这 里引进方差的概念对其进行流速稳定性分析。本发明与传统十字型分流整流四通的速度方差进行对比，传统十字型分流整 流四通出口处管道横断面速度方差为0. 593803，本发明出口处管道横断面速度方差为 0. 107068。其速度稳定程度提82. 0%。与此同时，通过整理本发明与传统十字型分流整流四通横截面速度分布值，如图5 所示。本发明出口处的速度分布明显比传统弯管更加均勻，这样既避免了管内流体因流速分布不均而引起的振动噪音又可使进入空调房间的气流稳定，提高居住空间的舒适 度。
权利要求
一种十字型分流整流四通，包括入口段(1)、第一出口段(10)、第二出口段(7)、第三出口段(12)，其中第一出口段(10)位于入口段(1)一侧与入口段(1)处于同一水平面，第二出口段(7)与第三出口段(12)对称位于入口段(1)上下两侧，且第二出口段(7)与第三出口段(12)的延长线相连所在的平面与入口段(1)所在平面相互垂直，构成十字型结构，其特征在于入口段(1)通过四通分流段(9)的水平连接端与第一出口段(10)相连，四通分流段(9)的纵向两个连接端对称连接有缓冲段(8)，在缓冲段(8)另一端对称设有与第二出口段(7)和第三出口段(12)相连的整流段(11)；所述的整流段(11)内上端设有整流叶片(2、3、4、5)，每个整流叶片上带有导流叶片(6)将整流段(11)内分为五个等流量的流体通道。
2.根据权利要求1所述的十字型分流整流四通，其特征在于缓冲段(8)长度与入口段 (1)管道宽度相同。
3.根据权利要求1所述的十字型分流整流四通，其特征在于所述的整流叶片(2、3、4、 5)沿整流段(11)纵向呈锐角三角形，且与来流方向有一定的倾角，使得整流段(11)内形成 五个入口大小不同的流体通道。
4.根据权利要求1所述的十字型分流整流四通，其特征在于所述的导流叶片(6)背向 来流方向呈锐角三角形，并且与整流段(11)纵向相互平行。
5.一种设计十字型分流整流四通整流段(11)内各整流叶片(2、3、4、5)与整流段(11) 纵向方向之间形成的五个流体通道的入口的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤步骤一、确定十字型分流四通内的流体流场状态根据第一出口段(10)、第二出口段 (7)和第三出口段(12)管道尺寸和管道入口流体速度，运行雷诺应力模型并结合SIMPLE算 法，然后模拟出设置整流段(11)之前十字型分流整流四通速度场，从而得到整流段(11)位 置处流体的速度分布值；步骤二、确定十字型分流整流四通各整流叶片(2、3、4、5)与整流段(11)纵向方向之间 形成的五个流体通道的入口大小根据步骤一求得的整流段(11)位置处流体的速度分布 值，利用面积分原理，求得满足每个流体通道内流体流量相同条件时的五个流体通道入口 大小。
全文摘要
本发明公开了一种十字型分流整流四通，包括入口段、第一出口段、第二出口段、第三出口段，其中第一出口段位于入口段一侧与入口段处于同一水平面，第二出口段与第三出口段对称位于入口段上下两侧，且第二出口段与第三出口段的延长线相连所在的平面与入口段所在平面相垂直，构成十字型结构，入口段通过四通分流段的水平连接端与第一出口段相连，四通分流段的纵向两个连接端对称连接有缓冲段，在缓冲段另一端对称设有与第二出口段和第三出口段相连的整流段；所述的整流段内上端设有整流叶片，每个整流叶片上带有导流叶片将整流段内分为五个等流量的流体通道。本发明的十字型分流整流四通的独特设计消除了流体通过十字四通后所形成的速度分层，从而最终达到对通过十字四通后的流体进行整流的目的。
文档编号F15D1/04GK101963170SQ20101052030
公开日2011年2月2日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者李安桂, 邱国志, 郝鑫鹏, 雷文君, 高然 申请人:西安建筑科技大学