[發明專利]一種用于受限空間射流消渦的階梯型導流板裝置

在審

• 申請號: 201910930450.3
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110749075A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 周宇;仲麗瑩;王怡;肖勇強
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: F24F13/08
• 分類號: F24F13/08
• 代理公司: 61216 西安恒泰知識產權代理事務所
• 代理人: 李婷;祁凡雨

本發明提出一種用于受限空間射流消渦的階梯型導流板裝置，包括依次連接的第一階環狀導流結構、第二階環狀導流結構以及第N階環狀導流結構，N階環狀導流結構的直徑依次增大并且第一階環狀導流結構直徑最小；在所述的第一階環狀導流結構靠近流體入口的一側的中心位置設置有使流體通過的第一空腔，在所述的第一階環狀導流結構遠離流體入口的另一側設置有使流體通過的第二空腔等。本發明用于受限空間射流消渦的階梯型導流板裝置，能夠有效減小受限空間流場內的旋渦區影響范圍。

技術領域

本發明涉及工業通風，具體涉及一種用于流受限空間射消渦的階梯型導流板裝置。

背景技術

在實際工業通風領域，主要涉及焊接車間或特殊受限空間內工業作業的通風控制，通風時射流分布、污染物擴散規律、受限空間形狀、大小等因素均會影響受限空間的全面通風效果，給有限空間的通風帶來較大難度。當工人在內部進行焊接時會產生大量焊接煙塵，由于空間限制而產生的旋渦區致使煙塵滯留在內部無法排除，嚴重影響工人的身體健康，職業病發病率高。因此我們通過在受限空間內部加入消渦裝置來消除不利渦旋，改善工人作業環境。射流受限空間邊壁的限制導致近壁壓力遞增出現壓力梯度，壓力梯度的存在使得受限空間內射流擴展速率、速度分布的形狀和邊界層增長的速率發生改變，特別是逆向壓力梯度使射流流動變得復雜。受限射流一般分為多個區分別是基本段、環流段和管流發展段。

與自由射流的發展過程不同，在送風口處射流進入受限空間，在湍流脈動下射流擴展同時周圍流體被巻吸，此時射流寬度沿流向增加且射流的橫斷面積增大，流量沿程增加，相似的速度分布形成即基本段。但很快射流巻吸遇到壁面產生了旋渦區，靠近管壁處產生的大渦團旋渦區域，其內部射流速度方向發生了反向變化。這是因為由于周圍流體的進口速度為零，被射流卷吸后無上游來流補充，此時空間近壁下游流體倒流即環流發生。根據伯努利方程，在射流遇到邊界突擴時近壁面處流速減小壓強升高，導致逆壓梯度出現。在逆壓梯度和近壁處流體粘性的共同作用下導致邊界層分離，從而擴大了巻吸渦旋形成旋渦區，該工況的范圍較大。之后受限射流發展至壁面，近壁區出現較大逆壓梯度，從而受限空間截面的速度分布沿流動方向開始不斷變化，逐步成為充分發展的管流。可見，第二階段環流段受限空間邊壁處的渦旋會對受限空間通風造成不利影響，會出現通風效率低下等問題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷和不足，本發明的目的是提供一種用于受限空間射流消渦的階梯型導流板裝置，解決目前受限空間流場內的旋渦區影響范圍大，不能滿足工程需要的技術問題。

為達到上述目的，本發明實現過程如下：

一種用于受限空間射流消渦的階梯型導流板裝置，該導流板裝置包括依次連接的第一階環狀導流結構、第二階環狀導流結構以及第N階環狀導流結構，1＜N≤32，所述的第一階環狀導流結構靠近流體入口的一側，N階環狀導流結構的直徑依次增大并且第一階環狀導流結構直徑最小；

在所述的第一階環狀導流結構靠近流體入口的一側的中心位置設置有使流體通過的第一空腔，第一空腔的直徑小于第一階環狀導流結構的直徑；

在所述的第一階環狀導流結構遠離流體入口的另一側設置有使流體通過的第二空腔，第二空腔的直徑等于第一階環狀導流結構的直徑；

在所述的第N階環狀導流結構遠離流體入口的另一側設置有使流體通過的第N+1空腔，第N+1空腔的直徑等于第N階環狀導流結構的直徑。

具體的，N階環狀導流結構的高度H取值為：0＜H≤0.2D，D為受限空間水力直徑，水力直徑是指過流斷面面積的四倍與周長之比，對于圓管來說，其本身的真實直徑也就是水力直徑。

進一步，第一階環狀導流結構的高度h等于第一階環狀導流結構靠近流體入口的一側的半徑與空腔的半徑差d₁；

其余第N階環狀導流結構的高度h等于第N階環狀導流結構的半徑與第N-1階環狀導流結構的半徑差d₂；