导 流 片 数 量 对 大 风 管 弯 头 导 流 特 性 的 影 响

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导 流 片 数 量 对 大 风 管 弯 头 导 流 特 性 的 影 响

摘 要： 暖通空调的能耗占建筑能耗的比重大，随着国内低碳节能的建设需求，应在建筑空调系统设 计中充分考虑其节能效果。本文针对大风管系统中导流弯头内导流片数量和弯头直径做了不同工况的仿真

对比，得出了不同管径下合适安装的导流片推荐数量，为建设提供了依据。

关键词： 大风管 弯头 CFD 仿真 导流

中图分类号： TU831 文献标识码： B 文章编号：1002-3607(2023)07-0073-04

目前，国内外暖通空调行业都朝着节能、绿色的趋 势发展。通风空调管道是风系统输送能耗的主要来源， 因此输配系统节能受到了越来越多的关注。随着空调的 普及，空调通风管道系统在各种建筑中被广泛应用。目 前，通风空调已经占据了建筑的30%左右的能耗，其中 管道的阻力占系统总阻力的40%以上24。空调系统设计 的合理性对提高整个社会能源的有效利用率，减少能源 的浪费，均起着重要的作用。因此急需要对管道系统内 的构件组成进行优化设置。

在风管系统中，导流片的布置可以起到引导气流的 作用，通过改变弯头内气流的沿程，从而降阻、降噪。 前期研究表明针对不同风管的直径，可能存在最合适的 导流片数，而在大风管系统中，盲目增加导流片的数量 可能会导致弯头内截面过度缩小而导致阻力的进一步增 大同。本文就此展开仿真预测分析，以期为工程的建设提 供一定的参考依据。

1 模型建立与网格划分

1.1 模型的建立

本次仿真模拟的风管为送风管道，为确保风管模型 在弯头上下有足够的稳定发展段，在建模时增加了充分 发展的直管段。采用计算流体力学 (Computational Fluid Dynamics, 简称CFD) 商业软件—Phoenics建立了风管的 数值模型。为了减少不必要的计算，对风管的数值模型 进行了简化，以风管截面宽度为4.00m 的风管为例，其简 化数值模型见图1。几何尺寸参数设置如下：入口段长 度L,=10.00m, 出口段长度L₂=15.00m, 风管弯头处的圆

弧内径r=0.54m, 圆弧外径r₂=4.54m, 风管截面的宽度为 a=4.00m, 高度为b=1.20m, 当量直径d=1.85m, 风管面积 Sx=4.80m²。 该数值模型用于预测风管内部的速度分布、 压力分布及局部阻力损失情况。

本研究采用的模拟方法为稳态法，即在模拟过程中 保证送风速度恒定不变。控制方程的离散化采用有限体 积法，扩散项选用中心差分格式离散，压力—速度耦合 采用Simple算法，对流项差分采用Quick格式，湍流模型选 用Rngk-e模型。通过2000次迭代的模拟计算后，连续性、

能量和动量方程的残差小于107,所有变量(如压力、 速度、温度)都已趋于平稳，确保模拟结果达到收敛。

图1 模型轴测图

1.2 计算网格划分

网格质量对于数值模拟的结果影响较大，网格的数 量并非越多越好，网格数量的增加提高了计算时长，且

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技术交流1Technology Exchange

随着网格的加密，会带来更大的迭代误差而不易收敛。 因此，需要进行网格无关解验证，得到一个既满足计算 精度，又能减少计算时长的最优网格。Phoenics模拟软件 内部的网格划分均为结构化网格，在风管弯头和风管进出 口处进行局部加密处理，以保证计算的精度。经过网格无 关解验证之后，最终确定本模型选用的网格数量为10万。

1.3 边界条件设置

流动介质为室温条件下(20℃)的空气，流体为不可压 缩气体，空气密度为1.20kg/m³,动力粘度17.90×10- °Pa ·s, 不同风管管径的入口流速均为V=5.00m/s。进风口采用速度 边界条件(Velocity-inlet),出风口的边界条件采用压力出 口 (Pressure-outlet)。设置速度入口的湍流强度为5%。

2 模拟结果分析

2.1 模拟工况设置

虽然导流片自身的存在会使风管弯头处的局部阻力 损失增大，但风管内的气流经过导流片的整流后，会使 风管整体的阻力损失大幅降低，且由于整流而减少的阻 力损失远大于由导流片自身的存在而增大的局部阻力损 失，从而使风管内部气体的流动整体减阻。

本研究将两种可能对速度分布、压力分布及局部阻 力损失产生影响的因素作为变量。第一种变量为导流片数 量。研究当风管管径不变(风管截面宽度均为4.00m),

风管弯头内的导流片数量发生变化时(分别为4、5、6 片),风管内速度分布、压力分布及局部阻力损失的变 化情况；第二种变量为风管管径，研究当风管弯头内 的导流片数量不变(均为4片),风管管径发生变化时

(风管截面宽度分别为3.00m、3.50m、4.00m), 风管内 速度分布、压力分布及局部阻力损失的变化情况。所有 工况设置见表1。

表1风管工况设置

2.2 速度分析

各工况下风管内速度云图见图2,比较图2(a)、2(b)、 2(c)、2(d), 分析风管管径不变(风管截面宽度均为

4.00m), 风管弯头处安装的导流片数量变化时(分别为 0片、4片、5片、6片),各工况速度分布变化。当气流通 过不安装导流片的风管弯头时，靠近圆弧外壁面的流速低 于圆弧内壁面的流速，这是由于压力的不平衡导致了圆弧 内壁面处的二次流，从而使气流靠近圆弧内壁面方向流 动；当气流再往管道下游发展时，低速二次流和高速一次 流混合，形成完全发展流，二次流消失，气流流动将继续 附着在下游直管段的外壁面上(见图2 (a)); 当风管管 径不变时，在风管弯头处加装导流片之后，靠近圆弧内壁 面的低速区减少，且对高流速区有明显的“削峰”作用， 气流的均匀性得到明显改善(见图2 (b)—2(d))。

比较图2 (b)、2(e)、2(f), 分析风管弯头处的 导流片数量保持不变(均为4片),风管的管径发生变化 时(风管截面宽度分别为4.00m、3.50m、3.00m), 各工况 速度分布变化。分析云图可知，当风管管径为4.00m 时， 靠近风管下游直管段外壁处存在较大的高速区，靠近圆 弧内壁存在较小的低速区；当风管管径减小为3.50m时， 风管下游直管段外壁的高速区明显减小，内部流场均匀 性优于管径为4.00m 的风管；当风管管径减小为3.00m 时， 高速区继续向风管下游直管段内壁靠近，风管下游直管段 中心存在风速偏高的区域，风管下游直管段内壁的低速区 基本消失，气流的均匀性得到改善。

图2 各工况下风管内速度云图

2.3 压力与局部阻力损失分析

各工况下风管内压力云图见图3,比较图3 (a)、

3(b)、3(c)、3(d), 分析风管管径不变，风管弯头 处安装的导流片数量变化时，各工况压力分布变化。分析 图3(a) 可知，当气流经过不安装导流片的风管弯头时， 在离心力的作用下，气流发生分离，在圆弧内壁及风管下 游直管段内壁附近形成较大的负压区，在圆弧外壁处存 在强正压区，气流达到风管下游直管段出口处又恢复为

正压；分析图3 (b)、3(c)、3(d) 可知，随着在风

管弯头处安装导流片数量的增加，靠近风管弯头圆弧内 壁及下游直管段内壁的负压区逐渐减小，圆弧外壁的强 正压区也相应减小，气流的全压更加均匀。

图3 (b)、3(e)、3(f) 为风管弯头处的导流片

数量不变，风管的管径发生变化时，各工况压力分布变 化情况。分析图3 (b) 发现，当风管管径为4.00m 时，靠 近圆弧内壁及下游直管段处存在明显负压区，靠近圆弧 外壁存在较小的弱高压区；当风管管径减小为3.50m时 ， 风管圆弧外壁附近的弱高压区减小，靠近圆弧内壁及下 游直管段处的低压区明显减小；当风管管径为3.00m 时， 风管内的高压区和负压区基本消失。

(a) 工况1 (b) 工况2 (c) 工况3

图3 各工况下风管内压力云图

导流片对气流进行整流后，能减少风管内涡流的产 生，这是导流片能够起到减阻效果的根本原因。弯管入 口和出口处的气体处于紊流状态，所以采用间接法测量

弯管局部阻力，通过测量管段前后段的阻力差再减去这 段的沿程阻力，得到各个工况下风管弯头处的局部阻力。 各工况下弯管降阻效果对比见表2,比较工况1、工况2、 工况3、工况4,分析安装不同数量导流片的4.00m 管径弯 管降阻效果。当风管管径为4.00m, 在风管弯头处安装 5片导流片时能起到最优的降阻效果，相比于不使用导流 片，局部阻力可以降低60.24%;使用4片和6片导流片时， 局部阻力分别能够降低58.21%和30.18%,降阻效果均不及 安装5片导流片的工况。

比较工况2、工况5、工况6,分析不同管径的风管安 装4片导流片的降阻效果。在风管内的导流片均为4片的情 况下，风管管径为3.00m 时，能起到最佳的降阻效果，局 部阻力可降低66.93%,优于风管管径为4.00m 时的减阻效 果；而在风管管径为3.50m 时，安装4片导流片的降阻效 果较弱，能减少23.06%的局部阻力。

表2各工况弯管降阻效果对比

3 结语

通过比较不同管径下风管导流片数量对导流效果的

影响，得出：

(1)流体经过风管弯头后的流动均匀性并不一定随 着风管弯头处安装的导流片数量的增加而提高，存在某个 最佳的导流片安装数量。当在风管弯头处安装4片导流片 时，经过风管弯头后的流体速度分布最为均匀，其整流效 果优于安装3片和5片导流片的整流效果。

(2)当风管弯头处安装的导流片数量不变时，随着 风管管径的减小，经过风管弯头后的气流越来越均匀。风 管管径为3.00m, 风管弯头处安装4片导流片的风管内的气 流均匀性优于风管管径为3.50m和4.00m 的风管。

(3)当风管管径不变时，随着风管弯头处安装的 导流片数量的增加，经过风管弯头后的气流的全压变得 越来越均匀；当风管弯头处的导流片数量不变时，随着风管管径的减小，经过风管弯头后的气流的全压变得越来越均匀。

(4)风管弯头处的局部阻力并不一定随着安装导流 片数量的增加而降低，存在某个能使风管达到最佳降阻 效果的导流片安装数量。当风管管径为4.00m 时，在风管 弯头处安装5片导流片时能起到最优的降阻效果，相较于 不使用导流片，局部阻力可以降低60.24%。使用4片和6片 导流片时，局部阻力分别能够降低58.21%和30.18%,降阻效果均不及安装5片导流片的工况。

(5)当风管内的导流片数量不变时，导流片的减阻效果不一定随着风管管径的减小而增强。在风管管径为4.00m、3.50m 和3.00m的风管弯头处安装4片导流片，分别能减阻58.21%、23.06%和66.93%。

参考文献：

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[5]鱼晟睿.空调通风管道弯头的降阻整流方法[D].西安：西安建筑科技大 学，2015.

调所有部位必须逐一检查到位，基础有无积水、地脚螺 栓有无松动、标准节螺栓、附墙拉杆、穿墙螺栓、开口 销，紧固螺栓、各限位保险装置；电机和变速箱无异常 发热及噪声，导轨垂直度、自由端高度、电源电压、电箱配置、电缆与电缆导向、钢丝绳、对重导轨等，关键部位必须拍摄水印照片。

4.3 施工升降机附墙顶升加节

标准节、附墙拉杆、附墙框、穿墙螺栓等零配件进 场时，做好进场验收，严禁非原厂件进场。顶升前，对 作业区域拉好警示带，放置小喇叭，严禁无关人员进入 警示区域，做好过程旁站监督。顶升结束后，通知技术 负责人组织相关人员对穿墙螺栓、附墙拉杆、附墙框，

内撑等进行验收，验收合格，确认无隐患后，方可作业。

4.4 施工升降机防坠试验

坠落试验目的是检验施工升降机防坠安全器能否有效工 作。防坠安全器装机使用时，应按吊笼额定载重量进行坠落 试验，至少每3个月应进行一次额定载重量的坠落试验；对SC 型施工升降机进行坠落试验时，通过操作按钮盒驱动吊笼以 额定提升速度上升约3~10m,按坠落试验按钮，吊笼将呈自由 状态下落。达到试验速度时，防坠安全器动作，并测量制动距 离。试验结束后应将防坠安全器复位，对于防坠安全器不能 制停吊笼的施工升降机，应立即停机检修。

5 施工升降机的拆除管控

电梯拆除前，需提前对场地进行策划。汽车吊摆放位置、标准节及吊笼拆除摆放位置、电梯材料进退场路线。 若汽车吊须上到地下室顶板进行拆卸作业，技术部须做荷 载计算，判断地下室是否需要回顶。拆卸方案一般针对性不强，上述细节需根据实际情况协调解决。拆卸单位人员进场作业前，通知监理、安全负责人 一起，核查人员证件信息，做入场教育、三级教育和安全技术交底，拉好警示带，警戒区域严禁无关人员通行，同时做好应急救援物资准备。电梯拆除退场后，预留洞口 及时安排机操工围蔽。

6 结语

施工升降机在现今的大型建筑项目中使用极其广泛， 其安全稳定运行对工程项目施工有着重大意义。施工升降 机安全管控贯穿于资质审核、进场验收、安装、拆卸、顶 升加节、使用中的日常检查及定期维护保养等过程中，不 同阶段安全管控有着不同的侧重点，通过施工升降机安全 限位装置及安拆使用过程中的安全管控要点做简要阐述， 为建筑施工安全管理人员提供指引，提高了管理效能，确保了施工升降机安全运行。

参考文献：

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