專利名稱：一種矩形風管分隔式合流整流三通的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種合流三通構件，尤其涉及一種矩形風管分隔式合流整流三通。
背景技術：
合流三通是暖通動力流體機械中非常常見的改變流體流向并且合流的管件，在合 流管路中，由于流體的轉彎，出現(xiàn)了從曲率中心向管子外弧面的離心力，這就使得流體從彎 曲管段(在拐彎結束前)過渡到管道的直線段時，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(xiàn)擴散效應，而在靠近內弧面處出現(xiàn)收縮效應。流體從直管段(拐彎后)過渡到彎 曲管段時，又有相反的現(xiàn)象發(fā)生，即內弧面附近產(chǎn)生擴散效應，外弧面附近產(chǎn)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。由于以上原因，流體在流過矩形風管分隔式合流三通并且合流后，流體會由于擴 散和收縮效應而分層，如圖1所示，導致流體在圖中所示右側的流速大于左側。這就意味著 流體流速不均勻。在暖通空調領域，如果將這部分流體直接送入房間，將影響室內氣流分 布，使得室內實際舒適性不能滿足設計要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種矩形風管分隔式合流整流三通，該矩形風管分隔式合流 整流三通的獨特設計消除了流體通過合流三通后所形成的速度分層，從而最終達到對通過 合流三通后的流體進行整流的目的。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下技術方案予以實現(xiàn)的一種矩形風管分隔式合流整流三通，包括第一入口段、第二入口段和出口段，其 中，第一入口段與第二入口段的延長線成90°夾角，第一入口段下端與直線型合流段相連， 第二入口段的一側與彎曲型合流段相連，直線型合流段與彎曲型合流段共同與緩沖段相 連，在緩沖段下方設有和出口段相連的整流段；所述的整流段內上端設有整流葉片，每個整 流葉片上帶有導流葉片將整流段分為五個大小相等的流體通道。本發(fā)明的其他技術特點為緩沖段長度與第一入口段或第二入口段管道寬度相同。所述的整流葉片沿整流段呈銳角三角形，且與來流方向有一定的傾角，使得整流 段內形成五個入口大小不同的流體通道。所述的導流葉片背向來流方向呈銳角三角形，并且與整流段縱向相互平行。另外，一種設計上述矩形風管分隔式合流整流三通內各整流葉片與整流段縱向方 向之間形成的五個流體通道的入口大小確定方法，該方法包括如下步驟步驟一、確定矩形風管分隔式合流三通內的流體流場狀態(tài)，根據(jù)第一入口段和第 二入口段管道尺寸和管道入口流體速度，采用雷諾應力模型并結合SIMPLE算法，然后模擬出設置整流段之前矩形風管分隔式合流三通管道內的速度場，從而得到整流段位置處流體 的速度分布值；步驟二、確定矩形風管分隔式合流整流三通各整流葉片與整流段縱向方向之間形 成的五個流體通道的入口大小，根據(jù)步驟一求得的整流段位置處流體的速度分布值，利用 面積分原理，求得滿足每個流體通道內流體流量相同條件時的五個流體通道入口大小。由此可見，本發(fā)明首先通過彎曲型合流段對流體進行合流，然后流體在緩沖段內 進行緩沖，形成具有相對穩(wěn)定的流體特性后，再通過整流葉片與整流段之間形成的五個大 小不同的流體通道對流體進行等流量切割，并通過導流葉片與整流段之間形成五個大小相 等通道消除流體的橫向速度。從而消除流體通過合流三通后所形成的速度分層，最終達到 對通過合流三通后的流體進行整流的目的。如圖2所示。


圖1為流體通過傳統(tǒng)矩形風管分隔式合流三通時的流速等值線圖。圖2為安裝本發(fā)明的矩形風管分隔式合流整流三通后流體通過合流三通時的流 速等值線圖。圖3為本發(fā)明結構示意圖。圖4為傳統(tǒng)三通出口段橫斷面流體的速度分布積分圖。圖5為本發(fā)明實施例矩形風管分隔式合流整流三通出口段橫斷面速度分布圖。圖中各符號表示以下信息1、第一入口段；2、直線型合流段；3、緩沖段；4、5整流 葉片；6、出口段；7、導流葉片；8、9整流葉片；10、第二入口段；11、彎曲型合流段、12整流 段；其他，箭頭方向表示流體流動方向。以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細地說明。
具體實施例方式如圖3所示，一種矩形風管分隔式合流整流三通，包括第一入口段1、第二入口段 10和出口段6，其中，第一入口段1與第二入口段10的延長線成90°夾角，第一入口段1下 端與直線型合流段2相連，第二入口段10的一側與彎曲型合流段11相連，直線型合流段2 與彎曲型合流段11共同與緩沖段3相連，此處緩沖段3的設計用于確保整個合流三通管內 形成具有相對穩(wěn)定的流體特性的流體。在緩沖段3下方設有和出口段6相連的整流段12。 所述的整流段12內上端設有整流葉片(4、5、8、9)，每個整流葉片上帶有導流葉片7將整流 段12分為五個大小相等的流體通道，從而實現(xiàn)對整個合流三通管道內的流體進行等流量 切割。由于流體在經(jīng)過變向后流動特性變得不穩(wěn)定，為了使其能夠形成具有相對穩(wěn)定的 流體特性后，然后再通過整流葉片與整流段之間形成的五個大小不同的流體通道對流體進 行等流量切割，本發(fā)明在整流段前設置長度與第一入口段或第二入口段管道寬度相同的緩 沖段。為了避免切割流體引起的阻力增大的問題，且能更加有效的對流體進行切割，所 述的整流葉片(4、5、8、9)沿整流段12呈銳角三角形，且與來流方向有一定的傾角，使得整 流段12內形成五個入口大小不同的流體通道。這種類型導流葉片與流體碰撞時的接觸面面積更小，有此所產(chǎn)生的碰撞阻力也小，由于碰撞產(chǎn)生流體渦旋的可能性也小。以此可以有 效的減小切割流體所引起的阻力。同樣為了避免切割流體引起的阻力增大的問題，且能更加有效的對流經(jīng)整流葉片 的流體進行導流，導流葉片7背向來流方向呈銳角三角形，并且與整流段12縱向相互平行。 當流體通過彎曲型合流段11與直線型合流段2后所形成的與來流方向相垂直的速度分量 會被導流葉片7所消除，從而消除了流體通過彎曲型合流段11與直線型合流段2后形成渦 旋并增加阻力的可能。本發(fā)明通過雷諾應力模型并結合SIMPLE算法所得出的流過矩形風管分隔式合流 三通后流體流速分布及大小，確定各整流葉片與整整流段12縱向方向之間的間距大小，使 得流體流過整流葉片后的在每個通道的流體流量相同。由于整流葉片對流體進行了切割， 流體會在被切割后形成渦旋。本發(fā)明中的整流片(4、5、8、9)在橫截面大小不變的情況下， 對流體的橫向速度進行抵消，從而消除其所形成的渦旋，使流體只具有縱向速度。從而在消 除速度分層，達到整流目的，參見圖2所示。因此本發(fā)明在設計上述矩形風管分隔式合流整流三通內各整流葉片(4、5、8、9) 與整流段12縱向方向之間形成的五個流體通道的入口大小確定方法，包括如下步驟步驟一、確定矩形風管分隔式合流三通內的流體流場狀態(tài)，根據(jù)第第一入口段1 和第二入口段10管道尺寸和管道入口流體速度，采用雷諾應力模型并結合SIMPLE算法首先、求解動量方程
_ Duj I dp +μ{ S2Ui d 尺 1 dXj ρ Sxi ρ dXjdXj Sxj 11然后求解壓強修正的連續(xù)性方程
du ^—= 0
Sx1其中ρ為流體密度；UpUj為速度，i，j為張量下角標，i，j = 1，2，3 ;μ，μ 為動 力黏度，下角標t表示該物理量由湍流脈動引起；ok，σ τ為常數(shù)《μ，CnC2S經(jīng)驗系數(shù)，其 取值如下表所示。并且更新壓強、便面質量流量并以此求解雷諾應力方程。并判斷是否收斂，如果收 斂則停止計算，如果不收斂則繼續(xù)求解動量方程。RSM模型常數(shù)，如表1所示表1.模型常數(shù)
系數(shù)C,C1C2ο kO ε數(shù)值0. 091. 441. 921. 01. 3然后模擬出設置整流段12之前矩形風管分隔式合流三通管道內的速度場，從而 得到整流段12位置處流體的速度分布值；步驟二、確定矩形風管分隔式合流整流三通各整流葉片(4、5、8、9)與整流段(12) 縱向方向之間形成的五個流體通道的入口大小，根據(jù)步驟一求得的整流段(12)位置處流 體的速度分布，如圖4所示。求出整流位置橫剖面內各個點的速度大小，從左向右對流速及 流體與整流段內壁的距離進行積分，當流量滿足總流量的1/5時停止積分，所求得的距離
5即為整流葉片與整流段內壁的設置距離以及各整流葉片之間的設置間距。這樣就滿足這五 個流體通道內流體流量都是相通的皆為總流量的1/5。利用面積分原理，從而完成滿足每個 流體通道內流體流量相同條件時的五個流體通道入口的大小的設置。具體實施例以下給出本發(fā)明的具體實施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實施 例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護范圍。遵循上述技術方案，以中央空調風管連接用矩形風管分隔式合流三通的優(yōu)化過 程為例，首先確定管道各部分尺寸，其中管道入口段的尺寸300mmX300mm，出口段尺寸為 600mmX 300mm，彎曲合流段彎度為1.5，整流段長度為300mm，整流段中的整流葉片長度為 100mm，導流葉片長度300mm。然后列出動量方程和連續(xù)性方程的離散格式，使用simple方 法進行求解，可以得出從未添加整流段時整流段10所在位置處流體的速度分布。然后確定 整流段入口處大小，如圖4所示，根據(jù)積分原理，圖4中的曲線所包圍的面積及為流量大小， 以入口處風速為7m/s為例，總的入口提及流量為7m/sX30(kmX30(km = 0. 63m7s。本發(fā) 明一共為五個流道，則每個流道內應流過的流體體積為0. 126m3/S。所以，只要從圖4中的 左端向右端依次沿著管道寬度進行積分，當積分值達到0. 126m3/s時積分停止即可。通過 計算當寬度從左向右依次分別達到80mm、40mm、50mm、60mm、70mm時，其各流道中的體積流 量積分值皆為0. 126m3/S (此時，五個流道中的平均流速依次為5. 25m/s、10. 5m/s、8. 4m/s、 7m/s、6m/s)。這樣就能夠確定出五個流體通道入口處的大小從左向右分別為80mmX 300mm、 40mm X 300mm、50mm X 300mm、60mm X 300mm、70mm X 300mm。通過這種流體切割，五個流體通道 內的流體流量相等，所以流體通道出口大小也是相等的，其流體通道出口尺寸從左向右依 次為 60mmX300mm、60mmX300mm、60mmX300mm、60mmX300mm、60mmX300mm(此時，五個流 道中的平均流速均為7m/s)。在概率論和數(shù)理統(tǒng)計中，方差(英文Variance)用來度量隨機變量和其數(shù)學期望 (即均值)之間的偏離程度。在許多實際間題中，研究隨機變量和均值之間的偏離程度有著 很重要的意義。
權利要求
一種矩形風管分隔式合流整流三通，包括第一入口段(1)、第二入口段(10)和出口段(6)，其中，第一入口段(1)與第二入口段(10)的延長線成90°夾角，其特征在于第一入口段(1)下端與直線型合流段(2)相連，第二入口段(10)的一側與彎曲型合流段(11)相連，直線型合流段(2)與彎曲型合流段(11)共同與緩沖段(3)相連，在緩沖段(3)下方設有和出口段(6)相連的整流段(12)；所述的整流段(12)內上端設有整流葉片(4、5、8、9)，每個整流葉片上帶有導流葉片(7)將整流段(12)分為五個等流量的流體通道。
2.根據(jù)權利要求1所述的矩形風管分隔式合流整流三通，其特征在于緩沖段(3)長度 與第一入口段(1)或第二入口段(10)管道寬度相同。
3.根據(jù)權利要求1所述的矩形風管分隔式合流整流三通，其特征在于所述的整流葉 片(4、5、8、9)沿整流段(12)呈銳角三角形，且與來流方向有一定的傾角，使得整流段(12) 內形成五個入口大小不同的流體通道。
4.根據(jù)權利要求1所述的矩形風管分隔式合流整流三通，其特征在于所述的導流葉 片(7)背向來流方向呈銳角三角形，并且與整流段(12)縱向相互平行。
5.一種設計矩形風管分隔式合流整流三通整流段(12)內各整流葉片(4、5、8、9)與整 流段(12)縱向之間形成的五個流體通道的入口大小確定方法，其特征在于，該方法包括如 下步驟步驟一、確定矩形風管分隔式合流三通內的流體流場狀態(tài)根據(jù)第第一入口段(1)和 第二入口段(10)管道尺寸和管道入口流體速度，運用雷諾應力模型并結合SIMPLE算法，然 后模擬出設置整流段(12)之前整個三通管道內的速度場，從而得到整流段(12)位置處流 體的速度分布值；步驟二、確定矩形風管分隔式合流整流三通各整流葉片(4、5、8、9)與整流段(12)縱向 方向之間形成的五個流體通道的入口大小根據(jù)步驟一求得的整流段(12)位置處流體的 速度分布值，利用面積分原理，求得滿足每個流體通道內流體流量相同條件時的五個流體 通道入口大小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種矩形風管分隔式合流整流三通，包括第一入口段、第二入口段和出口段，其中，第一入口段與第二入口段的延長線成90°夾角，第一入口段下端與直線型合流段相連，第二入口段的一側與彎曲型合流段相連，直線型合流段與彎曲型合流段共同與緩沖段相連，在緩沖段下方設有和出口段相連的整流段；所述的整流段內上端設有整流葉片，每個整流葉片上帶有導流葉片將整流段分為五個大小相等的流體通道。本發(fā)明獨特設計消除了流體通過矩形風管分隔式合流三通后所形成的速度分層，從而最終達到對通過矩形風管分隔式合流三通后的流體進行整流的目的。
文檔編號F16L41/02GK101975321SQ20101052036
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權日2010年10月26日
發(fā)明者李安桂, 邱國志, 郝鑫鵬, 雷文君, 高然 申請人:西安建筑科技大學