專利名稱：一種矩形風管y形對稱燕尾分流整流三通的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種通風空調系統中的局部構件，特別涉及一種矩形風管Y形對稱燕 尾分流整流三通。
背景技術：
Y形對稱燕尾分流三通是通風空調中常用的改變流體流向并且分流的管件，在分 流管路中，由于流體的轉彎，出現了從曲率中心向管子外弧面的離心力，這就使得流體從管 道的直線段過渡到彎曲管段(在拐彎結束前)時，外弧面的壓力增高而內弧面的壓力降 低。所以，在外弧面處流體的流速將減小，而在內弧面處流體的流速相應地增大。因此，在 外弧面附件出現擴散效應，而在靠近內弧面處出現收縮效應。流體從彎曲管段過渡到直管 段(拐彎后)時，又有相反的現象發生，即內弧面附近產生擴散效應，外弧面附近產生收縮 效應。擴散效應使得流體脫離壁面，同時彎曲管段流體由于慣性而流向外弧面的運動更加 劇了從內弧面的分離。流體在Y形對稱燕尾三通分流管(相當于彎管)中流動，所受離心力與流速平方 成正比，故高流速區處的離心力要大于近壁面處的離心力。此力矩使水流在褲衩三通分流 管(相當于彎管)橫斷面上生成了二次環流(渦對)。即形成所謂的渦流副。它附加在和 管路軸線平行的主流上，使流線具有螺旋形狀，水流的此螺旋形態并不局限于分流管本身， 還延續于分流管后一定長度的直線管段上。Y形對稱燕尾三通局部阻力便是由于上述Y形 對稱燕尾三通流體結構中的這2種現象(1)Y形對稱燕尾三通內弧面上的渦旋。(2)Υ形對 稱燕尾三通與直管相接處的二次渦旋，如圖1所示。由于邊界層脫離形成的渦流區流動與 軸向流動在交界面處有較強的動量交換，消耗了主流的能量，形成了 Y形對稱燕尾三通的 局部阻力損失。其中內弧面處形成的渦旋起主要作用，它基本上決定了 Y形對稱燕尾三通 的阻力及Y形對稱燕尾三通后一定直管段上流場的形變。實驗表明，渦流區域越大、旋渦強 度越大，局部阻力損失也越大。二次流動則對褲衩三通軸向流速的再分布起著重要作用，該 再分布過程消耗一次流動的能量，增長了 Y形對稱燕尾三通局部阻力損失。內弧面形成的 渦流與二次流一起基本上決定了轉彎后管道速度分布的特點。這些由Y形對稱燕尾三通中 流動形成的能量消耗，影響空間遠不限于Y形對稱燕尾三通本身，而是擴展到Y形對稱燕尾 三通的上、下游。褲衩三通對上游的影響最遠影響至1-2倍管徑，下游則影響至5倍管徑。由于以上原因，流體在流過Y形對稱燕尾分流三通并且分流后，流體會由于擴散 和收縮效應而分層，如圖1所示，將導致流體流速不均勻。在暖通空調領域，一方面會在管 道內部發生振動而產生噪音；另一方面，如果將這部分流體直接送入房間，會造成室內氣流 組織與設計相悖從而影響室內舒適性。
發明內容
本發明的目的是提供一種矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通，該矩形風管Y形 對稱燕尾分流整流三通的獨特設計消除了流體通過Y形對稱燕尾三通后所形成的速度分層，從而最終達到對通過Y形對稱燕尾三通后的流體進行整流的目的。為了實現上述技術任務，本發明采用如下技術方案予以實現一種矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通，包括入口段和兩個出口段，兩個出口 段對稱置于入口段上方兩側，形成Y形對稱結構，在入口段上方對稱連接相同的彎曲型分 流段，彎曲型分流段對稱連接相同的緩沖段，在緩沖段一側對稱設有和出口段相連的整流 段；所述的整流段內上端設有整流葉片，每個整流葉片上帶有導流葉片將整流段內分為五 個等流量的流體通道。本發明的其他技術特點為緩沖段長度與入口段的管道寬度相同。所述的整流葉片沿整流段縱向呈銳角三角形，且與來流方向有一定的傾角，使得 整流段內形成五個入口大小不同的流體通道。所述的導流葉片背向來流方向呈銳角三角形，并且與整流段縱向相互平行。設計上述矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通整流段內各整流葉片與整流段縱 向之間形成的五個流體通道的入口大小確定方法，該方法包括如下步驟步驟一、確定矩形風管Y形對稱燕尾分流三通內的流體流場狀態，根據出口段管 道尺寸和管道入口流體速度，采用雷諾應力模型并結合SIMPLE算法，然后模擬出在設置整 流段之前整個Y形對稱燕尾分流整流三通速度場，從而得到整流段位置處流體的速度分布 值；步驟二、確定矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通各整流葉片與整流段縱向方向 之間形成的五個流體通道的入口大小，根據步驟一求得的整流段位置處流體的速度分布 值，利用面積分原理，求得滿足每個流體通道內流體流量相同條件時的五個流體通道入口 大小。由以上可見，本發明首先通過分流段對流體進行分流，然后將流體進入緩沖段內， 流體在緩沖段內進行緩沖，形成具有相對穩定的流體特性后再通過整流葉片與整流段之間 形成的五個大小不同的流體通道對流體進行等流量切割，并通過導流葉片與之間形成等流 量的流體通道消除流體的縱向速度。從而消除流體通過Y形對稱燕尾三通后所形成的速度 分層，最終達到對通過Y形對稱燕尾三通后的流體進行整流的目的，如圖2所示。
圖1流體通過傳統Y形對稱燕尾三通時的流速等值線圖；圖2安裝本發明的矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通后流體通過三通時的流速 等值線圖；圖3本發明結構示意圖；圖4為傳統Y形對稱燕尾三通出口段橫斷面流體速度分布積分圖；圖5為本發明實施例的矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通出口段的速度分布 圖。圖中各符號表示以下信息1、入口段；2、彎曲型分流段；3、緩沖段；4、5整流葉片； 6、出口段；7、導流葉片；8、9整流葉片；10整流段；其他箭頭方向表示流體流動方向。以下結合附圖對本發明的具體內容作進一步詳細地說明。
具體實施例方式如圖3所示，本發明的矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通，包括入口段1和兩個 出口段6，兩個出口段6對稱置于入口段1上方兩側，形成Y形對稱結構，在入口段1上方 對稱連接相同的彎曲型分流段2，彎曲型分流段2對稱連接相同的緩沖段3，此處緩沖段3 的設計用于確保整個分流整流三通管內形成具有相對穩定的流體特性的流 體。在緩沖段3 一側對稱設有和出口段6相連的整流段10 ；所述的整流段10內上端設有整流葉片(4、5、8、 9)，每個整流葉片上帶有導流葉片7將整流段(10)內分為五個等流量的流體通道，從而實 現對整個分流三通管道內的流體進行等流量切割。由于流體在經過變向后流動特性變得不穩定，為了使其形成具有相對穩定的流體 特性，然后再通過整流葉片與整流段之間形成的五個大小不同的流體通道對流體進行等流 量切割，本發明在整流段前設置長度與入口段的管道寬度相同的緩沖段。為了避免切割流體引起的阻力增大的問題，且能更加有效的對流體進行切割，所 述的整流葉片(4、5、8、9)沿整流段10縱向呈銳角三角形，且與來流方向有一定的傾角，使 得整流段10內形成五個入口大小不同的流體通道。這種類型導流葉片與流體碰撞時的接 觸面面積更小，有此所產生的碰撞阻力也小，由于碰撞產生流體渦旋的可能性也小。以此可 以有效的減小切割流體所引起的阻力。同樣為了避免切割流體引起的阻力增大的問題，且能更加有效的對流經整流葉片 的流體進行導流，所述的導流葉片7背向來流方向呈銳角三角形，并且與整流段10縱向相 互平行。當流體通過彎曲型分流段2所產生的垂直于導流葉片7方向的速度會被固定著的 導流葉片7所消除，使其轉化為平行于導流葉片7方向的速度。從而減小的產生渦旋的可 能，并減小了導流葉片7切割流體所引起的阻力。當流體流過Y形對稱燕尾三通后由于背景技術中所述的擴張和收縮作用，會在如 圖1所示位置形成速度分層。本發明通過雷諾應力模型并結合SIMPLE算法所得出的流過 Y形對稱燕尾三通后流體流速分布及大小，確定整流葉片與整流段內壁之間的間距大小，使 得流體流過整流葉片后的在每個通道的流體流量相同。由于整流葉片對流體進行了切割， 流體會在被切割后形成渦旋。本發明中的整流片在橫截面大小不變的情況下，對流體的縱 向速度進行抵消，從而消除其所形成的渦旋，使流體只具有橫向速度。從而在消除速度分 層，達到整流目的，如圖2所示。本發明的設計矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通整流段內各整流葉片(4、5、8、 9)與整流段10縱向方向之間形成的五個流體通道的入口大小確定方法，該方法包括如下 步驟步驟一、確定矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通內的流體流場狀態根據出口 段6管道尺寸和管道入口段1流體速度，運行雷諾應力模型并結合SIMPLE算法。首先、求解動量方程
_ Duj I dp +μ{ S2Ui d 尺 1 dXj ρ Sxi ρ dXjdXj Sxj 11 然后求解壓強修正的連續性方程du ^—= 0
Sx1 ρ為流體密度；Ui, Uj為速度，i，j為張量下角標，i，j = 1，2，3 ； μ，μ t為動力黏 度，下角標t表示該物理量由湍流脈動引起；ok，σ τ為常數KpCnC2為經驗系數，其取值 如下表所示。并且更新壓強、便面質量流量并以此求解雷諾應力方程。并判斷是否收斂，如果收 斂則停止計算，如果不收斂則繼續求解動量方程。RSM模型常數，如表1所示表1.模型常數
系數I-C^Γζok ο ε 數值 009 Oi L92 ITo 1. 3然后模擬出設置整流段10前整個矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通管道內速 度場，從而得到整流段10位置處流體的速度分布值。步驟二、確定矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通各整流葉片(4、5、8、9)與整流 段10縱向方向之間形成的五個流體通道的入口大小，根據步驟一求得的整流段10位置處 流體的速度分布，如圖4所示。求出整流段10的位置橫剖面內各個點的速度大小，從左向右 對流速及流體與整流段內壁的距離進行積分，當流量滿足總流量的1/5時停止積分，所求 得的距離即為整流葉片與整流段10內壁的設置距離以及各整流葉片之間的設置間距。這 樣就滿足這五個流體通道內流體流量都是相通的皆為總流量的1/5。利用面積分原理，從而 完成滿足每個流體通道內流體流量相同條件時的五個流體通道入口的大小的設置。具體實施例以下給出本發明的具體實施例，需要說明的是本發明并不局限于以下具體實施 例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本發明的保護范圍。遵從上述技術方案，以中央空調風管連接矩形風管Y形對稱燕尾分流三通的優化 過程為例，首先確定矩形風管Y形對稱燕尾分流三通管道各部分尺寸，其中入口段1的尺寸 為600mmX300mm，出口段6尺寸為300_X300_，彎曲型分流段2彎度為1. 5，整流段10 的長度為300mm，整流段中的整流葉片長度為100mm，導流葉片長度300mm，然后列出動量方 程和連續性方程的離散格式，使用simple方法進行求解，可以得出從未添加整流段時整流 段10所在位置處流體的速度分布。接下來確定整流段入口處大小，如圖4所示，根據積分 原理，圖4中的曲線所包圍的面積及為流量大小，以入口處風速為7m/s為例，總的入口提及 流量為7m/sX 300mmX 300mm = 0. 63m3/S。本發明一共為五個流道，則每個流道內應流過 的流體體積為0. 126m3/S。所以，只要從圖4中的左端向右端依次沿著管道寬度進行積分， 當積分值達到0. 126m3/s時積分停止即可。通過計算當寬度從左向右依次分別達到80mm、 40mm、50mm、60mm、70mm時，其各流道中的體積流量積分值皆為0. 126m3/S (這時，五個流道中 的平均流速依次為5. 25m/s、10. 5m/s、8. 4m/s、7m/s、6m/s)。這樣就能夠確定出五個流體通 道入 口處的大小從左向右分別為 80mmX 300mm、40mmX 300mm、50mmX 300mm、60mmX 300mm、 70mmX300mm。通過這種流體切割，五個流體通道內的流體流量相等，所以流體通道出 口大小也是相等的，其流體通道出口尺寸從左向右依次為60mm X 300mm、60mm X 300mm、60mmX300mm、60mmX300mm、60mmX300mm(此時，五個流道中的平均流速均為7m/s)。在概率論和數理統計中，方差(英文Variance)用來度量隨機變量和其數學期望 (即均值)之間的偏離程度。在許多實際問題中，研究隨機變量和均值之間的偏離程度有著 很重要的意義。
1 - - - S2 = —[(X1 -xf +(X2 -xf + …+ (X -x)2]
η因此，為了分析本發明與傳統矩形風管Y形對稱燕尾分流三通出口處速度分布的 不同，這里引進方差的概念對其進行流速穩定性分析。本發明與傳統矩形風管Y形對稱燕尾分流三通的速度方差進行對比，經試驗分析 傳統矩形風管Y形對稱燕尾分流三通出口處管道橫斷面速度方差為1. 861011，本發明出口 處管道橫斷面速度方差為1. 044149。其速度穩定程度提43. 9%。與此同時，通過整理本發明與傳統矩形風管Y形對稱燕尾分流三通橫截面速度分 布值，如圖5所示。本發明出口處的速度分布明顯比傳統彎管更加均勻，這樣既避免了管內 流體因流速分布不均而引起的振動噪音又可使進入空調房間的氣流穩定，提高居住空間的 舒適度。
權利要求
一種矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通，包括入口段(1)和兩個出口段(6)，兩個出口段(6)對稱置于入口段(1)上方兩側，形成Y形對稱結構，其特征在于在入口段(1)上方對稱連接相同的彎曲型分流段(2)，彎曲型分流段(2)對稱連接相同的緩沖段(3)，在緩沖段(3)一側對稱設有和出口段(6)相連的整流段(10)；所述的整流段(10)內上端設有整流葉片(4、5、8、9)，每個整流葉片上帶有導流葉片(7)將整流段(10)內分為五個等流量的流體通道。
2.根據權利要求1所述的90°整流矩形彎管，其特征在于緩沖段(3)長度與入口段 (1)的管道寬度相同。
3.根據權利要求1所述的矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通，其特征在于所述的 整流葉片(4、5、8、9)沿整流段(10)縱向呈銳角三角形，且與來流方向有一定的傾角，使得 整流段(10)內形成五個入口大小不同的流體通道。
4.根據權利要求1所述的矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通，其特征在于所述的 導流葉片(7)背向來流方向呈銳角三角形，并且與整流段(12)縱向相互平行。
5.一種設計矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通整流段(10)內各整流葉片(4、5、8、 9)與整流段(10)縱向之間形成的五個流體通道的入口的方法，其特征在于，該方法包括如 下步驟步驟一、確定矩形風管Y形對稱燕尾分流三通內的流體流場狀態根據兩個出口段(6) 管道尺寸和管道入口流體速度，采用雷諾應力模型并結合SIMPLE算法，然后模擬出設置整 流段(10)前整個Y形對稱燕尾分流整流三通管道內速度場，從而得到整流段(10)位置處流 體的速度分布值；步驟二、確定矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通各整流葉片(4、5、8、9)與整流段 (10)縱向之間形成的五個流體通道的入口大小根據步驟一求得的整流段(10)位置處流 體的速度分布值，利用面積分原理，求得滿足每個流體通道內流體流量相同條件時的五個 流體通道入口大小。
全文摘要
本發明公開了一種矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通，包括入口段和兩個出口段，兩個出口段對稱置于入口段上方兩側，形成Y形對稱結構，在入口段上方對稱連接相同的彎曲型分流段，彎曲型分流段對稱連接相同的緩沖段，在緩沖段一側對稱設有和出口段相連的整流段；所述的整流段內上端設有整流葉片，每個整流葉片上帶有導流葉片將整流段內分為五個流量相等的流體通道。本發明的矩形風管Y形對稱燕尾分流整流三通的獨特設計消除了流體通過Y形對稱燕尾三通后所形成的速度分層，從而最終達到對通過Y形對稱燕尾三通后的流體進行整流的目的。
文檔編號F16L41/02GK101968146SQ20101052019
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者李安桂, 邱國志, 郝鑫鵬, 雷文君, 高然 申請人:西安建筑科技大學