[發明專利]低阻力方形褲衩三通

有效

• 申請號: 201010181508.8
• 申請日: 2010-05-25
• 公開（公告）號: CN101813225A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 李安桂;高然;陳磊
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: F16L41/02
• 分類號: F16L41/02
• 代理公司: 西安西交通盛知識產權代理有限責任公司 61217
• 代理人: 陳翠蘭

技術領域

本發明涉及一種通風空調的局部構件，尤其是一種低阻力矩形褲衩三通構件。

背景技術

褲衩三通屬于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。

流體在褲衩三通分流管(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。褲衩三通局部阻力便是由于上述褲衩三通水流結構中的這2種現象：(1)褲衩三通內弧面上的渦旋。(2)褲衩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，形成了褲衩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，它基本上決定了褲衩三通的阻力及褲衩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，增長了褲衩三通局部阻力損失。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。這些由褲衩三通中流動形成的能量消耗，影響空間遠不限于褲衩三通本身，而是擴展到褲衩三通的上、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。

過去人們在通風空調系統中主要運用的是普通褲衩三通，如圖3所示，并且普通褲衩三通不分匯流與分流。同時，由于普通褲衩三通的內弧面半徑過小、弧面較小，使得流體在經過它的時候產生一個負壓、高流速的渦旋區域。這個渦旋區域本身會造成很大的阻力，同時它還會使得在流體在經過褲衩三通后產生一個大的渦旋區。而這兩個渦旋區又直接導致流體通過時的阻力增加。換而言之，褲衩三通的內弧面是導致流體經過褲衩三通時阻力增加的主要部位。

近年來出現了一些在流體拐彎處減小阻力的流線轉彎管件，如中國專利，專利號為ZL95102932.0所公開的一種具有導葉的彎頭，再如中國專利，公開號為CN101315194所公開的一種煙道彎頭。他們內部都有導葉，通過導葉對流體的導流將彎管內弧面處的渦旋消除，從而達到減小阻力的作用。但是由于其需要再彎管中添加導葉片，其制造和安裝相對復雜，造價也會相對較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型低阻力矩形褲衩三通，該褲衩三通的獨特設計同時消除了流體在經過褲衩三通內弧面時產生的渦旋區；和流體在褲衩三通與直管相接處產生的渦旋區，從而最終達到減小流體經過褲衩三通時的阻力。

為了實現上述目的，本發明的目的是通過下述技術方案實現的，提供一種新型低阻力矩形褲衩三通，包括一主管與沿該主管端頭向兩端對稱分叉延伸的支管，沿該主管與兩支管連接段分別設有內弧面，對應兩內弧面的支管上設有兩外弧面，其特征在于：在所述內弧面與主管連接段設另一內弧面，構成兩段過渡連接內弧面；該兩個兩段過渡連接內弧面分別與所述兩支管上的外弧面及主管上的四個側面連接，形成有一個入口通道且有兩個出口通道的矩形三通。

所述兩段過渡連接內弧面為第一內弧面與第二內弧面，且第一內弧面在所述第二內弧面下端的主管側面上；所述第一內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弧面的半徑與弧長；且第一內弧面和第二內弧面的圓心分別在入口斷面和出口斷面的延長面上。

由以上可見，本發明首先通過第一內弧面對貼近內弧面處的入流流體進行減速和緩慢變向，使流體緩緩通過可能產生負壓、高速渦旋區的前半部分內弧面。在流體經過前半部分內弧面后為了令流體快速轉向，第二內弧面的的半徑與弧長都較小。這就使得流體經過褲衩三通后不在與褲衩三通相接部分形成渦旋。從而同時消除褲衩三通內弧面處的渦旋與流體經過褲衩三通后產生的渦旋，如圖4所示。從而達到較小阻力的作用。