专利名称：一种矩形风管分隔式合流整流三通的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种合流三通构件，尤其涉及一种矩形风管分隔式合流整流三通。
背景技术：
合流三通是暖通动力流体机械中非常常见的改变流体流向并且合流的管件，在合 流管路中，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，这就使得流体从弯 曲管段(在拐弯结束前)过渡到管道的直线段时，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 面附件出现扩散效应，而在靠近内弧面处出现收缩效应。流体从直管段(拐弯后)过渡到弯 曲管段时，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。由于以上原因，流体在流过矩形风管分隔式合流三通并且合流后，流体会由于扩 散和收缩效应而分层，如图1所示，导致流体在图中所示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，如果将这部分流体直接送入房间，将影响室内气流分 布，使得室内实际舒适性不能满足设计要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种矩形风管分隔式合流整流三通，该矩形风管分隔式合流 整流三通的独特设计消除了流体通过合流三通后所形成的速度分层，从而最终达到对通过 合流三通后的流体进行整流的目的。为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案予以实现的一种矩形风管分隔式合流整流三通，包括第一入口段、第二入口段和出口段，其 中，第一入口段与第二入口段的延长线成90°夹角，第一入口段下端与直线型合流段相连， 第二入口段的一侧与弯曲型合流段相连，直线型合流段与弯曲型合流段共同与缓冲段相 连，在缓冲段下方设有和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分为五个大小相等的流体通道。本发明的其他技术特点为缓冲段长度与第一入口段或第二入口段管道宽度相同。所述的整流叶片沿整流段呈锐角三角形，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，一种设计上述矩形风管分隔式合流整流三通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、确定矩形风管分隔式合流三通内的流体流场状态，根据第一入口段和第 二入口段管道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，然后模拟出设置整流段之前矩形风管分隔式合流三通管道内的速度场，从而得到整流段位置处流体 的速度分布值；步骤二、确定矩形风管分隔式合流整流三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。由此可见，本发明首先通过弯曲型合流段对流体进行合流，然后流体在缓冲段内 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 小不同的流体通道对流体进行等流量切割，并通过导流叶片与整流段之间形成五个大小相 等通道消除流体的横向速度。从而消除流体通过合流三通后所形成的速度分层，最终达到 对通过合流三通后的流体进行整流的目的。如图2所示。
图1为流体通过传统矩形风管分隔式合流三通时的流速等值线图。图2为安装本发明的矩形风管分隔式合流整流三通后流体通过合流三通时的流 速等值线图。图3为本发明结构示意图。图4为传统三通出口段横断面流体的速度分布积分图。图5为本发明实施例矩形风管分隔式合流整流三通出口段横断面速度分布图。图中各符号表示以下信息1、第一入口段；2、直线型合流段；3、缓冲段；4、5整流 叶片；6、出口段；7、导流叶片；8、9整流叶片；10、第二入口段；11、弯曲型合流段、12整流 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实施方式
作进一步详细地说明。
具体实施例方式如图3所示，一种矩形风管分隔式合流整流三通，包括第一入口段1、第二入口段 10和出口段6，其中，第一入口段1与第二入口段10的延长线成90°夹角，第一入口段1下 端与直线型合流段2相连，第二入口段10的一侧与弯曲型合流段11相连，直线型合流段2 与弯曲型合流段11共同与缓冲段3相连，此处缓冲段3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3下方设有和出口段6相连的整流段12。 所述的整流段12内上端设有整流叶片(4、5、8、9)，每个整流叶片上带有导流叶片7将整流 段12分为五个大小相等的流体通道，从而实现对整个合流三通管道内的流体进行等流量 切割。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，本发明在整流段前设置长度与第一入口段或第二入口段管道宽度相同的缓 冲段。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，所 述的整流叶片(4、5、8、9)沿整流段12呈锐角三角形，且与来流方向有一定的倾角，使得整 流段12内形成五个入口大小不同的流体通道。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7背向来流方向呈锐角三角形，并且与整流段12纵向相互平行。 当流体通过弯曲型合流段11与直线型合流段2后所形成的与来流方向相垂直的速度分量 会被导流叶片7所消除，从而消除了流体通过弯曲型合流段11与直线型合流段2后形成涡 旋并增加阻力的可能。本发明通过雷诺应力模型并结合SIMPLE算法所得出的流过矩形风管分隔式合流 三通后流体流速分布及大小，确定各整流叶片与整整流段12纵向方向之间的间距大小，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割， 流体会在被切割后形成涡旋。本发明中的整流片(4、5、8、9)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，参见图2所示。因此本发明在设计上述矩形风管分隔式合流整流三通内各整流叶片(4、5、8、9) 与整流段12纵向方向之间形成的五个流体通道的入口大小确定方法，包括如下步骤步骤一、确定矩形风管分隔式合流三通内的流体流场状态，根据第第一入口段1 和第二入口段10管道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
Sx1其中ρ为流体密度；UpUj为速度，i，j为张量下角标，i，j = 1，2，3 ;μ，μ 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《μ，CnC2S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C,C1C2ο kO ε数值0. 091. 441. 921. 01. 3然后模拟出设置整流段12之前矩形风管分隔式合流三通管道内的速度场，从而 得到整流段12位置处流体的速度分布值；步骤二、确定矩形风管分隔式合流整流三通各整流叶片(4、5、8、9)与整流段(12) 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(12)位置处流 体的速度分布，如图4所示。求出整流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
5即为整流叶片与整流段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通的皆为总流量的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矩形风管分隔式合流三通的优化过 程为例，首先确定管道各部分尺寸，其中管道入口段的尺寸300mmX300mm，出口段尺寸为 600mmX 300mm，弯曲合流段弯度为1.5，整流段长度为300mm，整流段中的整流叶片长度为 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10所在位置处流体的速度分布。然后确定 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/sX30(kmX30(km = 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。所以，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 计算当宽度从左向右依次分别达到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80mmX 300mm、 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 60mmX300mm、60mmX300mm、60mmX300mm、60mmX300mm、60mmX300mm(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。在许多实际间题中，研究随机变量和均值之间的偏离程度有着 很重要的意义。
权利要求
一种矩形风管分隔式合流整流三通，包括第一入口段(1)、第二入口段(10)和出口段(6)，其中，第一入口段(1)与第二入口段(10)的延长线成90°夹角，其特征在于第一入口段(1)下端与直线型合流段(2)相连，第二入口段(10)的一侧与弯曲型合流段(11)相连，直线型合流段(2)与弯曲型合流段(11)共同与缓冲段(3)相连，在缓冲段(3)下方设有和出口段(6)相连的整流段(12)；所述的整流段(12)内上端设有整流叶片(4、5、8、9)，每个整流叶片上带有导流叶片(7)将整流段(12)分为五个等流量的流体通道。
2.根据权利要求1所述的矩形风管分隔式合流整流三通，其特征在于缓冲段(3)长度 与第一入口段(1)或第二入口段(10)管道宽度相同。
3.根据权利要求1所述的矩形风管分隔式合流整流三通，其特征在于所述的整流叶 片(4、5、8、9)沿整流段(12)呈锐角三角形，且与来流方向有一定的倾角，使得整流段(12) 内形成五个入口大小不同的流体通道。
4.根据权利要求1所述的矩形风管分隔式合流整流三通，其特征在于所述的导流叶 片(7)背向来流方向呈锐角三角形，并且与整流段(12)纵向相互平行。
5.一种设计矩形风管分隔式合流整流三通整流段(12)内各整流叶片(4、5、8、9)与整 流段(12)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、确定矩形风管分隔式合流三通内的流体流场状态根据第第一入口段(1)和 第二入口段(10)管道尺寸和管道入口流体速度，运用雷诺应力模型并结合SIMPLE算法，然 后模拟出设置整流段(12)之前整个三通管道内的速度场，从而得到整流段(12)位置处流 体的速度分布值；步骤二、确定矩形风管分隔式合流整流三通各整流叶片(4、5、8、9)与整流段(12)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(12)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
本发明公开了一种矩形风管分隔式合流整流三通，包括第一入口段、第二入口段和出口段，其中，第一入口段与第二入口段的延长线成90°夹角，第一入口段下端与直线型合流段相连，第二入口段的一侧与弯曲型合流段相连，直线型合流段与弯曲型合流段共同与缓冲段相连，在缓冲段下方设有和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分为五个大小相等的流体通道。本发明独特设计消除了流体通过矩形风管分隔式合流三通后所形成的速度分层，从而最终达到对通过矩形风管分隔式合流三通后的流体进行整流的目的。
文档编号F16L41/02GK101975321SQ20101052036
公开日2011年2月16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