[發(fā)明專利]低阻力方形彎頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010181372.0
• 申請(qǐng)日: 2010-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN101832625A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李安桂;高然;陳磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): F24F13/00
• 分類號(hào): F24F13/00;F16L43/00
• 代理公司: 西安西交通盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 61217
• 代理人: 陳翠蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種通風(fēng)空調(diào)的局部構(gòu)件，尤其是一種低阻力方形彎頭。

背景技術(shù)

彎頭屬于改變流體流向的管件，在彎曲的管路中，由于流體的轉(zhuǎn)彎，出現(xiàn)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(jié)束前)時(shí)，外弧面的壓力增高而內(nèi)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(nèi)弧面處流體的流速相應(yīng)地增大。因此，在外弧面附件出現(xiàn)擴(kuò)散效應(yīng)，而在靠近內(nèi)弧面處出現(xiàn)收縮效應(yīng)。流體從彎曲管段過渡到直管段(拐彎后)時(shí)，又有相反的現(xiàn)象發(fā)生，即內(nèi)弧面附近產(chǎn)生擴(kuò)散效應(yīng)，外弧面附近產(chǎn)生收縮效應(yīng)。擴(kuò)散效應(yīng)使得流體脫離壁面，同時(shí)彎曲管段流體由于慣性而流向外弧面的運(yùn)動(dòng)更加劇了從內(nèi)弧面的分離。

流體在彎管中流動(dòng)，所受離心力與流速平方成正比，故高流速區(qū)處的離心力要大于近壁面處的離心力。此力矩使水流在彎管橫斷面上生成了二次環(huán)流(渦對(duì))。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(tài)并不局限于彎管本身，還延續(xù)于彎管后一定長度的直線管段上。彎管局部阻力便是由于上述彎管水流結(jié)構(gòu)中的這2種現(xiàn)象：(1)彎管內(nèi)弧面上的渦旋。(2)彎管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(qū)流動(dòng)與軸向流動(dòng)在交界面處有較強(qiáng)的動(dòng)量交換，消耗了主流的能量，形成了彎管的局部阻力損失。其中內(nèi)弧面處形成的渦旋起主要作用，它基本上決定了彎管的阻力及彎管后一定直管段上流場(chǎng)的形變。實(shí)驗(yàn)表明，渦流區(qū)域越大、旋渦強(qiáng)度越大，局部阻力損失也越大。二次流動(dòng)則對(duì)彎管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(dòng)的能量，增長了彎管局部阻力損失。內(nèi)弧面形成的渦流與二次流一起基本上決定了轉(zhuǎn)彎后管道速度分布的特點(diǎn)。這些由彎管中流動(dòng)形成的能量消耗，影響空間遠(yuǎn)不限于彎管本身，而是擴(kuò)展到彎管的上、下游。彎管對(duì)上游的影響最遠(yuǎn)影響至1-2倍管徑，下游則影響至5倍管徑。

過去人們?cè)谕L(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中主要運(yùn)用的是普通彎頭，如圖3所示，由于普通彎頭入口和出口面對(duì)稱，所以普通彎頭不分入口與出口。同時(shí)，由于普通彎頭的內(nèi)弧面半徑過小、弧面較小，使得流體在經(jīng)過它的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓、高流速的渦旋區(qū)域。這個(gè)渦旋區(qū)域本身會(huì)造成很大的阻力，同時(shí)它還會(huì)使得在流體在經(jīng)過彎管后產(chǎn)生一個(gè)大的渦旋區(qū)。而這兩個(gè)渦旋區(qū)又直接導(dǎo)致流體通過時(shí)的阻力增加。換而言之，普通彎頭的內(nèi)弧面是導(dǎo)致流體經(jīng)過彎頭時(shí)阻力增加的主要部位。

近年來出現(xiàn)了一些同時(shí)供冷供熱的熱回收系統(tǒng)，如中國專利，專利號(hào)為ZL95102932.0所公開的一種具有導(dǎo)葉的彎頭，再如中國專利，公開號(hào)為CN101315194所公開的一種煙道彎頭。他們內(nèi)部都有導(dǎo)葉，通過導(dǎo)葉對(duì)流體的導(dǎo)流將彎管內(nèi)弧面處的渦旋消除，從而達(dá)到減小阻力的作用。但是由于其需要再彎管中添加導(dǎo)葉片，其制造和安裝相對(duì)復(fù)雜，造價(jià)也會(huì)相對(duì)較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種低阻力方形彎頭，該彎頭的獨(dú)特設(shè)計(jì)同時(shí)消除了流體在經(jīng)過彎頭內(nèi)弧面時(shí)產(chǎn)生的渦旋區(qū)；和流體在彎管與直管相接處產(chǎn)生的渦旋區(qū)。從而最終達(dá)到減小流體經(jīng)過彎管時(shí)的阻力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的低阻力方形彎頭，包括彎頭入口端與出口端，沿該入口端與出口端連接段設(shè)有內(nèi)弧面與外弧面，其特征在于：在所述內(nèi)弧面與入口端連接段設(shè)另一內(nèi)弧面，構(gòu)成兩段過渡連接內(nèi)弧面；該兩段過渡連接內(nèi)弧面與所述外弧面及兩個(gè)側(cè)面連接，形成一個(gè)矩形通道。

所述兩段過渡連接內(nèi)弧面為第一內(nèi)弧面與第二內(nèi)弧面，且第一內(nèi)弧面沿第二內(nèi)弧面的弧面延伸與入口端相連。

所述第一內(nèi)弧面的半徑與弧長大于外弧面的半徑與弧長；外弧面的半徑與弧長大于第二內(nèi)弧面的半徑與弧長；且第一內(nèi)弧面的圓心在入口端斷面的延長面上；第二內(nèi)弧面的圓心在出口端斷面的延長面上。

由以上可見，本發(fā)明首先通過第一內(nèi)弧面對(duì)貼近內(nèi)弧面處的入流流體進(jìn)行減速和緩慢變向，使流體緩緩?fù)ㄟ^可能產(chǎn)生負(fù)壓、高速渦旋區(qū)的前半部分內(nèi)弧面。在流體經(jīng)過前半部分內(nèi)弧面后為了令流體快速轉(zhuǎn)向，第二內(nèi)弧面的的半徑與弧長都較小。這就使得流體經(jīng)過彎管后不在與彎管相接部分形成渦旋。從而同時(shí)消除彎管內(nèi)弧面處的渦旋與流體經(jīng)過彎管后產(chǎn)生的渦旋，如圖2所示。從而達(dá)到較小阻力的作用。

本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，無需通過在彎頭中添加導(dǎo)葉對(duì)流體的導(dǎo)流作用來消除彎頭內(nèi)弧面處的渦旋，從而達(dá)到減小阻力的目的。其制造和安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低，便于推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1是普通彎頭內(nèi)流場(chǎng)示意圖；圖2是本發(fā)明低阻力方形彎頭內(nèi)流場(chǎng)示意圖；圖3是現(xiàn)有的方形彎管示意圖；圖4是本發(fā)明低阻力方形彎頭示意圖。

具體實(shí)施方式