基于通风空调管道局部构件相邻影响条件下的流体涡旋消控与减阻机理研究

In ventilation and air conditioning duct system, fan energy consumption is used to solve the resistance loss of duct system(mainly including frictional resistance and local resistance, while the latter accounts for about 40% to 60%). Drag accounts for 15% to 30% of the total power consumption of the building. Based on pervasive but always overlooked duct partial components, this paper studies vortex control and drag reduction mechanism under the impact of close-coupled local components. By means of numerical simulation of CFD, PIV visualization test, it identifies the flow filed characteristics of airflow vortex of partial components under interaction effect of flow field; Studies vortex control and drag reduction ways; proposes mechanism of fluid vortex control and drag reduction based on ventilation and air conditioning duct partial components. Results of this project will be treated as theoretical foundation of the development and design of partial components of ventilation and air conditioning system for energy saving and low resistance with high efficiency.

通风空调管道阻力问题引起的风机能耗可占建筑总电耗的15%～30%，管道阻力包括沿程阻力和局部阻力，后者约占总阻力的40%～60%。本课题基于通风空调领域普遍存在、却常被忽视的管道局部构件阻力问题进行研究，探索多局部构件相邻影响条件下的涡旋消控及减阻机理。通过理论分析、CFD数值模拟、PIV可视化试验等手段，查明相邻影响条件下局部构件内气流涡旋强度及作用范围的共性规律；提出针对性的涡旋消减及控制方法；总结基于通风空调管道局部构件的流体涡旋消控与减阻设计原理。本课题成果将为通风空调系统节能降耗及高效低阻管道局部构件的研发、设计提供理论依据。

通风空调管道阻力问题引起的风机能耗可占建筑总电耗的15%～30%，管道阻力包括沿程阻力和局部阻力，后者约占总阻力的40%～60%。本课题基于通风空调领域普遍存在、却常被忽视的管道局部构件阻力问题进行研究，通过理论分析、CFD数值模拟、全尺寸试验等手段进行研究，主要包括：.①针对通风空调管道最常见的低阻力弯头，采用内弧面、中心线、外弧面结构优化减阻模式，给出了低阻力弯头及各弧面方程式。.②研究了相邻影响条件下的耦合弯头，分析了流体形变对上下游的阻力作用及对应减阻机理。.③针对最常见的三通形式，给出了导流叶片添加的最优位置，通过能量耗散率分析了最优位置导流叶片减阻原理。.④针对三通内常见的导流叶片形式，给出了结合安装及低阻力要求的舌状导流叶片减阻方法。.⑤收集了文竹、腊梅等植物的分支结构，发明了基于植物结构形式的低阻力仿生三通；在仿生三通的基础上，对三通的各个弧面进行了优化，研发了基于能量耗散率控制机理的三通弧面优化形式。.⑥在河道汇流形状的启发下，发明了基于河流河道仿形的低阻力三通结构形式，显著优化了旁通管阻力。.⑦针对常开截止阀，基于能量耗散率场，在不影响阀门正常开闭的前提下，给出了低阻力截止阀结构形式。.⑧总结阻力作用机理，首次提出了采用能量耗散率/耗散函数/扩散项表征“阻力场”的阻力指示新方法。.本项目期望能够有效解决通风空调管道阻力问题及其次生问题，为通风空调系统节能降耗及高效低阻管道局部构件的研发、设计提供理论依据。在该国家基金项目的资助下，项目负责人已在国际期刊发表SCI论文7篇，EI2篇，另有5篇SCI论文正在审稿或准备投稿。