空气流体力学原理范文

导语：如何才能写好一篇空气流体力学原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：风机翼型 数值模拟 锅炉仿真

1.热能动力工程的研究方向

热动主要研究热能与动力方面，是跨热能与动力工程、机械工程等学科领域的工程应用型专业。目前我国有120多所院校开设有该专业，它由旧本科的九个相关专业合并而成，包括了原来的热力发动机（080311）、热能工程（080501）、流体机械及流体工程（080313）、热能工程与动力机械（080319W）、制冷与低温技术（080502）、能源工程（080506W）、工程热物理（080507W）、水利水电动力工程（080903）、冷冻冷藏工程（081409）专业。

热动主要学习机械工程、热能动力工程和工程热物理的基础理论，学习各种能量转换及有效利用的理论和技术。专业通过理论力学、材料力学、工程制图、机械设计、电工与电子技术、工程热力学、流体力学、传热学、控制理论、热工测试技术以及专业方向课程的学习，使我们具备工程热力学、流体力学、传热学和热工测试技术等热能与动力工程领域的基础理论、实验技能和基本专业知识，掌握制冷空调设备、制冷装置、动力机械与动力工程、流体机械等设计、制造和实验研究的基本技术。在此基础上，它是一个宽口径的专业，拓展空间很大，就业方向很广，有电厂热能工程及其自动化方向、工程热物理过程及其自动控制方向、流体机械及其自动控制方向、空调制冷方向等。同时，热动还是现代动力工程师的基本训练，可见热动是现代动力工程的基础。

2.热能工程技术在能源方面需要解决的问题

能源问题在当今社会举足轻重，热能与动力工程专业在国民经济中的地位可想而知。

能源动力工业是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱型产业，同时也是涉及多个领域高新技术的集成产业，在国家经济建设与社会发展中一直起着极其重要的作用。

风机是一种装有多个叶片的通过轴旋转推动气流的机械。叶片将施加于轴上旋转的机械能，转变为推动气体流动的压力，从而实现气体的流动。风机广泛应用于发电厂、锅炉和工业炉窑的通风和引风，矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却等[1]。尤其是在电站，随着机组向大容量、高转速、高效率、自动化方向的发展，电站也对风机的安全可靠性提出了越来越高的要求，锅炉风机在运行中常发生烧坏电机、窜轴、叶轮飞车、轴承损坏等事故，严重危害设备、人身安全，也给电厂造成巨大的经济损失[2]。此外，风机一直是电站的耗电大户，电站配备的送风机、引风机和冷烟风机是锅炉的重要辅机，降低其耗电率是节能的一项重要措施。

3.热能专业中工业炉的发展

工业炉是在工业生产中，利用燃料燃烧或电能转化的热量，将物料或工件加热的热工设备。

中国在商代出现了较为完善的炼铜炉，在春秋战国时期，人们在熔铜炉的基础上进一步掌握了提高炉温的技术，从而生产出了铸铁。1794年，世界上出现了熔炼铸铁的直筒形冲天炉。后到1864年，法国人马丁运用英国人西门子的蓄热式炉原理，建造了用气体燃料加热的第一台炼钢平炉。随着现代化管理水平的提高，计算机控制系统的不断完善，现代连续加热炉也应运而生. 现代连续加热炉炉型可以归入两大类：推钢式炉和步进式炉。两类炉型的根本区别，仅在于炉内的输料方式。

4.炉内燃烧控制技术

其燃烧控制是步进炉的核心技术之一，手动控制已被自动控制方式所取代。目前大规格钢锭推钢式加热炉可选用的燃烧自控方式通常有：

（1）空燃比例连续控制系统，该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气比例阀、空气/燃气电动蝶阀、空气/燃气流量计、热电偶、气体分析装置、PLC等组成。工作原理是由热电偶或气体分析装置检测出来的数据传送到PLC与其设定值进行比较，偏差值按比例积分、微分运算输出4-20 mA的电信号分别对空气/燃气比例阀和空气/燃气电动蝶阀的开度进行调节，从而达到控制空气/燃气比例和炉内温度之目的。

（2）双交叉限幅控制系统，该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气流量阀、空气/燃气流量计、热电偶等组成。工作原理是：通过一个温度传感器热电偶把测量的温度变成一个电信号，该信号表示测量点的实际温度，该测量点的温度期望给定值是由预存贮在上位机中的工艺曲线自动给定的。根据这两个温度值偏差的大小，PLC自动校准燃气/空气流量阀的开度。该阀通过电动执行机构定位。空气/燃料比控制，借助于孔板和差压变送器来测量空气流量，燃气的流量是借助于一台安装在燃气支管上的质量流量计来测量，使精确的温度控制得以实现。

5.软件仿真锅炉风机翼型叶片

由于锅炉叶轮机械内部流场非常复杂，并带有强烈的非定常特征，进行细致的实验测量非常困难，目前尚没有完善的流体力学理论解释诸如流动分离、失速和喘振等流动现象，这就迫切需要可靠详细的流动实验和数值模拟工作来了解机械内部流动本质。将利用软件对锅炉风机翼型叶片进行二维的数值模拟，研究空气以不同的方向流入翼型叶片入口所造成的流动分离。根据数值模拟的一般步骤：创建二维模型，进行网格划分，设定边界条件和区域，输出网格，再利用求解器求解，对不同空气来流攻角角下的流动进行二维数值模拟。在得到模拟结果后，对不同攻角下模拟所得到的速度矢量图进行比较分析，得出锅炉风机翼型边界层分离和攻角的关系。（作者单位：辽宁工程技术大学）

参考文献：

[1] 安连锁.泵与风机[M].北京：中国电力出版社，2001.

[2] 袁春杭.锅炉引风机事故的预防[J].中国锅炉压力容器安全，2005，14（6）：38-39.

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关键词：流体压强； 伯努利原理； 相对运动

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2012）02-026-001

一、初中教材中流体压强引起的争议

教师：大量事实和研究表明，流体的流速越大，压强越小。利用这一原理可以解释很多现象，比如最简单的现象如图1，向两张纸中间吹起，两张纸吸到一起。理由是两张纸中间的空气流速快，所以压强小，纸的内外两侧压强不一样，纸受到的压力就不一样，所以两张纸在力的作用下向中间靠拢。

学生：老师，我有不同意见，如果以中间向右流动的空气为参照物，那么两张纸外侧的空气就会向左运动，而且速度比两张纸中间的速度快，根据刚才的结论，流体的流速越大，压强越小，那么就应该得到两张纸在力的作用下向外侧运动。

教师：……

以上是笔者教学过程中一个片断，这部分内容在八下（苏科版）第88页。教材中对于流体压强与流速的关系只有一页的篇幅介绍。根据教材中的内容确实无法回答这个问题。另外流速是矢量，而压强是标量，所以遇到“相对运动”时会无言以对。由于中学教材往往考虑到学生的年龄特点、学习水平，所以把伯努利方程简单化，但是这一句话却无法回答学生的这个相对运动的设想。

二、伯努利方程推导

1.伯努利方程适用条件

伯努利方程表述的是理想流体作定常流动时，流体中压强和流速的规律。

常见流体的动力粘性系数μ都很小，当流场中的速度变化率不大时，流体的剪切应力很小，与流体受到的重力等相比可以忽略不计。这种不可压缩、没有粘滞性的液体叫做理想流体。理想流体是为处理问题方便而人为引入的假想模型。真实流体都是有粘性的。理想流体中因没有剪应力的作用，所以我们在讨论伯努利方程的时候非常便利。

假如流场中曲线每点上的切线都和此点的流速方向重合，这样作出的曲线叫流线。如果每一点的速度随着时间变化而变化，则在不同瞬时拍出的照片将显示不同的流线族，在某一瞬时所有流线的集合构成此瞬时的流谱。如果每点的速度与时间无关，则每一瞬时的流谱相同，这样的运动叫做定常运动。如果运动是定常的，那么轨迹与流线重合。

2.利用微元法进行推导

我们就假设有如图2一段横截面积连续变化的水平流管，取管内的一小段水平流体微元A，其两端的截面与流动方向是垂直的。流体微元的长度为l，加速度为a。我们可以想象在水平方向上有一个力场，此力场的加速度为a。显然，我们可以认为在上述流体微元的左右两端之间的压强差应为：

Δp=ρadl=ρvdv

所以∫dp=∫ρvdv

式中P为某点流体压强,单位:Pa；ρ为流体密度，单位:kg/m3；v为流体速度,单位:m/s;g为重力加速度,单位:m/s2.

从伯努利方程可知:当流体速度增大时,流体的压强减小,反之，当流体速度减小时,流体的压力增大。

三、以惯性系为参照物，研究两张纸的受力情况

假设两张纸中间B点的气体的流速相对于地面是匀速不变的，以B点为参照物，那么在同一流线上远处A点的空气流速是匀速向右的，但是到达B点以后速度为零，这时作用在微元横截面上的力与运动方向相反。因此同理，可以得到流体微元A的左右两端之间的压强差应为：

Δp=-ρadl=-ρvdv

所以∫dp=∫-ρvdv

这样就得到PA>PB,在两张纸的外侧A、C、D保持相对静止，所以各点压强相等，所以两张纸两侧受到的压力仍然大于B点，两张纸会向中间靠拢。

四、对初中教学的建议

初中物理属于模糊物理，对于这一部分内容不可能在初中阶段给学生讲清楚，所以如果有学生有此类争议的话，首先要给与肯定并表扬，对于大部分的学生而言，应该暂时回避，以免造成概念混淆。初中阶段我们只研究以地面为参照物的情况，至于以流体为参照物，我们的学习过程中会继续研究；对于少部分基础较好的同学，应该抓住这个契机，激发他们的兴趣，引导他们进一步的研究并给与帮助，后者是我们希望得到的物理教学的效果，能让学生在学习中发现问题、主动地解决问题，对于接受能力较好的同学宜采用此类方法。

参考文献：

［1］L・普朗特，K・奥斯瓦提奇，K・维格哈特.流体力学概论[M].郭永怀，陆士嘉，译.北京：科学出版社，1981

［2］G・K・巴切勒.流体动力学引论[M].北京：科学出版社，1997

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[关键词]热能动力工程；锅炉技术；能源；发展

中图分类号：TK221 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0085-01

随着常规能源的日渐短缺，人类环境保护意识的不断增强，节能、高效、降低或消除污染排放物、发展新能源及其它可再生能源成为本学科的重要任务，在能源、交通运输、汽车、船舶、电力、航空宇航工程、农业工程和环境科学等诸多领域获得越来越广泛的应用，在国民经济各部门发挥着越来越重要的作用。

一、 热能动力工程概念及在能源方面的现状

（一）、热能动力工程概念

热能动力工程顾名思义主要研究热能与动力方面，其包括热力发动机，热能工程，流体机械及流体工程，热能工程与动力机械，制冷与低温技术，能源工程，工程热物理，水利电动力工程，冷冻冷藏工程等九个方面，其中锅炉的运行方面主要运用热力发动机，热能工程，动力机械，能源工程以及工程热物理等部分专业技术。热能动力工程主要研究方面为热能与动力之间的转换问题，其研究方面横跨机械工程、工程热物理等多种科学领域。其发展方向多为电厂热能工程以及自动化方向、工程物理过程以及其自动控制方向、流体机械及其自动控制方向、空调制冷方向、锅炉热能转换方向等，热能动力工程是现代动力工程的基础。热能动力工程主要需要解决的问题是能源方面的问题，作为热能源的主要利用工程，热能动力工程对于我国的国民经济的发展中具有很高的地位。？

（二）、热能工程技术的现状

随着我国市场经济的建立，社会需求和经济分配状态的变化、科技发展的趋势、对本专业的生源、就业等形成了挑战，更是热能动力专业教育的关键。同时，热动还是现代动力工程师的基本训练，可见热动是现代动力工程的基础。热动主要研究热能与动力方面，是跨热能与动力工程、机械工程等学科领域的工程应用型专业。热动主要学习机械工程、热能动力工程和工程热物理的基础理论，学习各种能量转换及有效利用的理论和技术。本专业涵盖的产业领域十分广泛。能源动力产业既是国民经济的基础产业，又在各行各业中有特殊的应用，也是国家科技发展基础方向之一。能源动力领域人才教育的成败关系到国家的根本利益。

能源问题在当今社会举足轻重，热能与动力工程专业在国民经济中的地位可想而知。

能源动力工业是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱型产业，同时也是涉及多个领域高新技术的集成产业，在国家经济建设与社会发展中一直起着极其重要的作用。

风机是一种装有多个叶片的通过轴旋转推动气流的机械。叶片将施加于轴上旋转的机械能，转变为推动气体流动的压力，从而实现气体的流动。风机广泛应用于发电厂、锅炉和工业炉窑的通风和引风，矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却等。尤其是在电站，随着机组向大容量、高转速、高效率、自动化方向的发展，电站也对风机的安全可靠性提出了越来越高的要求，锅炉风机在运行中常发生烧坏电机、窜轴、叶轮飞车、轴承损坏等事故，严重危害设备、人身安全，也给电厂造成巨大的经济损失。此外，风机一直是电站的耗电大户，电站配备的送风机、引风机和冷烟风机是锅炉的重要辅机，降低其耗电率是节能的一项重要措施。

二、热能动力工程技术运用

（一）炉内燃烧控制技术

其燃烧控制是步进炉的核心技术之一，手动控制已被自动控制方式所取代。目前大规格钢锭推钢式加热炉可选用的燃烧自控方式通常有：

（1）空燃比例连续控制系统，该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气比例阀、空气/燃气电动蝶阀、空气/燃气流量计、热电偶、气体分析装置、PLC等组成。工作原理是由热电偶或气体分析装置检测出来的数据传送到PLC与其设定值进行比较，偏差值按比例积分、微分运算输出4-20 mA的电信号分别对空气/燃气比例阀和空气/燃气电动蝶阀的开度进行调节，从而达到控制空气/燃气比例和炉内温度之目的。

（2）双交叉限幅控制系统，该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气流量阀、空气/燃气流量计、热电偶等组成。工作原理是：通过一个温度传感器热电偶把测量的温度变成一个电信号，该信号表示测量点的实际温度，该测量点的温度期望给定值是由预存贮在上位机中的工艺曲线自动给定的。根据这两个温度值偏差的大小，PLC自动校准燃气/空气流量阀的开度。该阀通过电动执行机构定位。空气/燃料比控制，借助于孔板和差压变送器来测量空气流量，燃气的流量是借助于一台安装在燃气支管上的质量流量计来测量，使精确的温度控制得以实现。

（二）、软件仿真锅炉风机翼型叶片

由于锅炉叶轮机械内部流场非常复杂，并带有强烈的非定常特征，进行细致的实验测量非常困难，目前尚没有完善的流体力学理论解释诸如流动分离、失速和喘振等流动现象，这就迫切需要可靠详细的流动实验和数值模拟工作来了解机械内部流动本质。将利用软件对锅炉风机翼型叶片进行二维的数值模拟，研究空气以不同的方向流入翼型叶片入口所造成的流动分离。根据数值模拟的一般步骤：创建二维模型，进行网格划分，设定边界条件和区域，输出网格，再利用求解器求解，对不同空气来流攻角角下的流动进行二维数值模拟。在得到模拟结果后，对不同攻角下模拟所得到的速度矢量图进行比较分析，得出锅炉风机翼型边界层分离和攻角的关系。

三、热能动力工程的发展方向

1、热能动力及控制工程方向（含能源环境工程方向）主要掌握热能与动力测试技术、锅炉原理、汽轮机原理、燃烧污染与环境、动力机械设计、热力发电厂、热工自动控制、传热传质数值计算、流体机械等知识。

2、热力发动机及汽车工程方向掌握内燃机（或透平机）原理、结构，设计，测试，燃料和燃烧，热力发动机排放与环境工程，能源工程概论，内燃机电子控制，热力发动机传热和热负荷，汽车工程概论等方面的知识。

3、制冷低温工程与流体机械方向掌握制冷、低温原理、人工环境自动化、暖通空调系统、低温技术学、热工过程自动化、流体机械原理、流体机械系统仿真与控制等方面的知识。使学生掌握该方向所涉及的制冷空调系统、低温系统，制冷空调与低温各种设备和装置，各种轴流式、离心式压缩机和各种容积式压缩机的基本理论和知识。

4、水利水电动力工程方向掌握水轮机、水轮机安装检修与运行、水力机组辅助设备、水轮机调节、现代控制理论、发电厂自动化、电机学、发电厂电气设备、继电保护原理等方面的知识，以及水电厂计算机监控和水电厂现代测试技术方面的知识。

四、结束语

热能动力工程的迅速发展使得热力发动机专业方向，其中包括热力发动机主要研究高速旋转动力装置，包括蒸汽轮机、燃气轮机、涡喷与涡扇发动机、压缩机及风机等的设计、制造、运行、故障监测与诊断以及自动控制等行业的发展都到了提速。热动能的发展为航空、航天、能源、船舶、石油化工、冶金、铁路及轻工等部门培养高级工程技术人才，若能将这些理论知识转换成实际的运用，我国的能源压力将大大降低。

参考文献

[1] 安连锁.泵与风机[M].北京：中国电力出版社，2001.

[2] 袁春杭.锅炉引风机事故的预防[J].中国锅炉压力容器安全，2005，14（6）：38-39.

[3] 蔡兆林，吴克启，颖达.离心风机损失的计算[J].工程热物理学报，1993，14（1）：53-56.

[4] 王松岭.流体力学[M].北京：中国电力出版社

[5]安连锁.泵与风机[M] .北京：中国电力出版社，2001.

[6]袁春杭.锅炉引风机事故的预防[J].中国锅炉压力容器安全，2005，14（6）：38-3 9 .

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关键词：高速列车； 盘式制动； 散热； 热对流； 温度分布

中图分类号： U260.351 文献标志码：B

Abstract：The heat dissipation of the brake disk of a highspeed train is simulated by CFD method， and the average convective heat transfer coefficients of each part of the brake disk are calculated. Under the heat dissipation condition， the temperature field of the brake disk is simulated by sequential coupling method， the thermal load of complex hexagon shape is loaded， and the simulation results of the second braking temperature field is compared with the test results. The results show that， the simulation results are consistent with the test data in the cooling stage， and the maximum error of the temperature is less than 5% during the braking stage.

Key words：highspeed train； disk brake； heat dissipation； heat convection； temperature distribution

0 引 言

在高速列车制动过程中，制动盘与闸片摩擦接触产生大量的热，多次制动会引起摩擦副材料热疲劳裂纹直至破坏.由于当前仍无可靠的方法有效测定或预测制动能量和热疲劳裂纹发展演变过程，所以通过数值仿真分析高速制动盘的散热性能对于制动盘材料的选取和结构设计有重要的指导意义.[1]

空气对流传热是制动盘散热最主要的能量交换方式.以往研究中，对流传热系数的计算多采用经验公式.[24]该方法对于一些几何规则的模型适用性好、计算简便，但是对于复杂结构，如动车组使用的轮装制动盘的散热筋，估测经验公式中散热面特征长度存在较大困难.为此，一些学者采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法分析复杂结构的散热特性.BELHOCINE等[5]以1/4制动盘为研究对象，模拟静止空气中旋转制动盘各个区域的平均对流传热系数，JIANG等[6]模拟列车轴装制动盘在实际行进过程中的对流传热特性.参考以上研究，论文基于CFD技术仿真高速动车组轮装制动盘的流体场，获得不同运行速度下制动盘不同表面上的平均对流传热系数.

利用有限元分析制动盘的温度场时，有顺序耦合法和直接耦合法之分.直接耦合法考虑应力与温度的相互作用，模拟结果对高温作用下制动盘与闸片之间的真实接触面积敏感，极容易出现数值收敛性困难的问题[7]；顺序耦合法将摩擦接触简化为加载摩擦热量，因此容易收敛[8].考虑到多边形热载荷作用范围不易确定，在讨论多边形闸片结构对应的制动盘温度场时，以直接耦合法为主.[27]基于几何原理，用顺序耦合法模拟六边形闸块对应的制动盘温度场，并将二次制动的温度场结果与实测值对比，表明计算结果可靠.

1 有限元模型

动车组轮装制动盘和六边形闸块模型见图1.以单个制动盘为研究对象，将制动盘与闸片之间摩擦产生的热量加载在制动盘上.

空气通风速度为列车速度的1/2，忽略闸片对流场的影响，取轮子、制动盘和轴的表面作为流场的壁面.通风状态下强迫对流是制动盘散热的主要途径，因此可忽略自然对流影响.研究表明：与经验公式和经典kω模型相比，SST kω模型的计算复杂度和计算精度有明显优势，因此作为计算流体力学模型.

用CFD模拟行驶过程中制动盘周围的流场，得到制动盘散热筋附近的空气流动传热情况.列车行驶速度为380 km/h时制动盘的散热筋中间面上空气相对速度场和散热筋表面对流传热系数分布云图分别见图3和4.受列车通风状态和制动盘转动的共同影响，当旋转引起的空气流动方向与通风方向一致时，对流传热系数增大，反之减小.

3 二次制动温度场计算结果和分析

列车在二次制动过程中的对流传热系数时间曲线见图6.由此可知：制动盘表面传热系数并不呈现单调递增或递减变化趋势，而是先急剧下降再迅速上升至峰值约360 W/（m2・K），最后再急剧下降的变化形式.据此认为，制动盘面某区域的温度场并非维持固定不变，而是在制动过程中呈现交替变化，这也是热疲劳裂纹产生的重要原因之一.

根据上述传热系数变化分析温度场变化.列车制动初速度为380 km/h，二次制动时间总长622 s，制动盘制动半径约为280 mm.对二次制动工况下制动盘的温度场进行有限元分析，在制动盘摩擦面某径向上选取一组节点，得到节点温度随时间变化曲线，见图7.由图7可知：在制动阶段，制动盘摩擦面上的最高温度分布在距离旋转中心约314 mm附近，该组节点的最高温度为722.5 ℃；冷却阶段该组节点温度趋于一致，温度都在125 ℃左右.进行制动台架试验，制动盘面上布置若干热电偶，在制动装置下方鼓风，并控制风速为旋转线速度的1/2，以模拟真实行驶状态.提取二次制动过程中每个时间步对应的热电偶最高温度值，与有限元模拟的最高温度值比较，见图8.图8显示：在第一次制动过程中，制动盘最高温度模拟结果为687.7 ℃，比试验结果高8 ℃，误差率约1.1%；第二次制动结果为742 ℃，比试验数据高35 ℃，误差率约为5.0%.与图7相比，在2次制动阶段，摩擦面上提取的最高温度值比固定节点的最高温度约高20 ℃，冷却阶段误差很小.由此来看，图8中误差产生的原因除与顺序耦合方法有关外，可能与制动盘面上个别节点处出现瞬时高温有关.

从图8还可以看出：在冷却阶段，模拟的曲线与试验数据吻合度较好，表明制动盘的散热情况得到有效模拟.

4 结 论

通过分析高速列车制动盘在行驶过程中的散热情况，以及二次制动过程中的温度场变化，得出如下结论：1）在制动阶段，制动盘最高温度出现在制动半径附近，2次最高温度误差都不超过5%，证明用顺序耦合法模拟六边形热载荷满足工程需要；2）在冷却阶段，制动盘各部分温度趋于一致，与试验曲线吻合度较好，表明CFD可有效模拟制动盘散热情况.

参考文献：

[1]方明刚， 杜利清， 郭立宾， 等. 制动盘热机械耦合仿真系统的开发[J]. 铁道机车车辆， 2014， 34（6）： 6973.

FANG Minggang， Du Liqing， GUO Libin， et al. Development of thermal mechanical coupling simulation system for brake disc[J]. Railway Locomotive & Car， 2014， 34（6）： 6973.

[2]王艺， 陈辉， 李明. 高速列车制动盘制动过程数值模拟[J]. 机械， 2008， 35（3）： 1517.

WANG Yi， CHEN Hui， LI Ming. Numerical simulation of brake discs for highspeed trains[J]. Machinery， 2008， 35（3）： 1517.

[3]张涛， 王梦昕， 丁亚琦， 等. 动车制动盘温度场和热应力场的耦合分析[J]. 兰州交通大学学报， 2011， 30（6）： 119122.

ZHANG Tao， WANG Mengxin， DING Yaqi， et al. Coupling analysis of temperature and stress fields for brake disc on power car[J]. Journal of Lanzhou Jiaotong University， 2011， 30（6）： 119122.

[4]张乐乐， 杨强， 谭南林， 等. 基于摩擦功率法的列车制动盘瞬态温度场分析[J]. 中国铁道科学， 2010， 31（1）： 99104.

ZHANG Lele， YANG Qiang， TAN Nanlin， et al. Analysis of the transient temperature field of train brake discs based on friction power method[J]. China Railway Science， 2010，31（1）： 99104.

[5]BELHOCINE A， BOUCHETARA M. Thermal analysis of a solid brake disc[J]. Applied Thermal Engineering， 2012， 32： 5967.

[6]JIANG L， JIANG Y L， YU L， et al. Thermal analysis for brake disks of SiC/6061 Al alloy cocontinuous composite for CRH 3 during emergency braking considering airflow cooling[J]. Transaction of Nonferrours Metals Society China， 2012， 22（11）： 27832791.

[7]农万华， 高飞， 符蓉， 等. 摩擦块形状对制动盘摩擦温度及热应力分布的影响[J]. 与密封， 2012， 37（8）： 5256.

NONG Wanhua， GAO Fei， FU Rong， et al. Influence of brake pad shape on friction temperature and thermal stress of brake disc[J]. Lubrication Engineering， 2012， 37（8）： 5256.

[8]ADAMOWICZ A， GRZES P. Analysis of disc brake temperature distribution during single braking under nonaxisymmetric load[J]. Applied Thermal Engineering， 2011， 31（67）： 10031012.

[9]吴圣川. 复杂件等离子熔积成形过程有限元及无网格法模拟[D]. 武汉： 华中科技大学， 2009.

[10]GHADIMI B， SAJEDI R， KOWSARY F. 3D investigation of thermal stresses in a locomotive ventilated brake disc based on a conjugate thermofluid coupling boundary conditions[J]. Intnational Communications Heat and Mass Transfer， 2013， 49： 104109.

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关键词:  手术室  净化  空调  洁净度  运行管理

        近来来，各地县级以上新建医院手术部基本都采用了空气净化技术，空气净化配合功能流程使得洁净手术室整体空间环境更科学、更安全、更洁净，能够有效地减少空气中微生物含量，防止医院感染，为手术的成功提供了重要的保障。然而，由于很多临床医务人员还不能够很好地掌握其使用方法，忽略了系统的运行与维护，致使设备的性能没有达到预期的理想效果。为此，建立科学、严谨的管理与维护机制，使设备的性能得以充分的发挥，就显的尤为重要。笔者就多年来对洁净手术室净化空调设备的管理和维护的经验，现对其性能、运行监测、维护及注意事项等方面进行论述，供同行参考。

        1 净化空调简介

        净化空调系统，它是由空调系统和净化系统两部分组成。

        1.1 空调系统

        就是完成对空气进行自动调节的功能，对室内的温度、湿度、风速、风压、风量加以控制，其目的就是为了达到洁净室内温度和湿度的要求从而达到人体的舒适感。

        1.2净化系统

        它是对空气中的非生物粒子和生物粒子加以控制，消除尘埃粒子，控制手术室内的菌浓度，使手术间达到一定的生物洁净标准。使用的方法就是将空气在进入手术室之前对其进行消毒，并使用初效、中效、高效过滤器对空气进行三级过滤处理，过滤掉空气中的灰尘、浮游微粒、细菌及有害气体，使新鲜而洁净的空气流入手术室，稀释室内的菌浓度。除此之外，净化系统还对进入手术室内的气流加以控制。我们知道，对于处于手术室手术区的患者伤口来说，手术感染源是来自多方面的，为了最大限度地消除或避免由各种途经带入的病源微生物而引起感染，净化系统利用流体力学原理，将手术室内各区域的气流分布物的扩散，将在空气中浮动的微粒和尘埃、污物等通过专设排风口排出手术室。空气中没有了浮动的尘埃等污物，就基本上杜绝了手术室内细菌传播的媒介。所以说净化的最终目的就是要控制室内的菌浓度，让手术室更加洁净，这不但能够降低患者手术伤口被感染的几率，而且也同时能够确保医务人员的自身健康。

        2 系统主要参数

        净化空调系统的运行测试，就是用科学的方法对系统参数进行检测，从而对其运行状况进行诊断，判断出设备是否完全发挥其应有的效能，为使用者提供科学的依据，并对系统做出综合性能全面评定。对现已运行的系统，需要测试和监控的内容很多，主要分以下几个参数。

        2.1风速

        工作区截面的平均风速气流组织均匀，不产生涡流，利用合理的气流方向来控制污染。

        2.2新鲜空气量

        补偿室内排风和保持室内正压值所需的空气量。

        2.3静压差

        维持洁净室(区)的空气处于一定的正压值，不同等级洁净室(区)之间的压力差。

        2.4换气次数

        在自净时间内保证洁净度。我国标准是万级25次／h 、10万级l5次／h。

        2.5温、湿度

        室内温度为22℃～25℃，相对湿度为40％～60％。

        2.6噪声

        手术室噪声动态监测时不大于52db。

 2.7洁净度

        使用光散射式粒子计数器，检测空气中所含尘埃粒子数。

        3  系统的维护与保养

        3.1空气处理系统

        对净化空调空气处理系统进行良好的维护和保养，是系统安全稳定运行的有力保证。很多医院在这方面都存在不少问题，主要体现在运行管理和维护保养制度不完善，缺乏对系统各项指标的检测手段，使系统在不达标状态下运行，存在很在安全隐患。

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一、按轴向的方式分析六种不同方向的旋法特点与制造技巧

1、围绕左右轴分析：上旋和下旋

击球时，如果在向前用力的同时附加向上用力，使球的后部具有向上的旋转。这是上旋。攻球和弧圈球都能使球产生上旋。相反，如果击球时在向前用力的同时附加向下用力，使球的后部具有向下的旋转，这就是下旋。搓球和削球都能使球产生下旋。

由于物理学中的“马格努斯”效应，上旋球在空中前进时，除了自身的重量外，还受到空气的压力而下降的较快，从而改变了弧线的弯曲度，并缩短了打出距离。下旋球则正好相反，在空中飞行时，下降较慢，并延长了打出距离。由于球带有旋转，上旋球在落台时会给台面一个向后的摩檫力，因此台面也会给球一个大小相等、方向相反的反作用力。由于这个反作用力的缘故，上旋球在落台后的前冲速度较快。而下旋球则相反，落台后的前冲速度较慢，旋转强烈时甚至会向后跳。像马林魔鬼式训练时强烈、快速摩擦球时发出的球，很多业余选手也可以通过练习发下旋后跳球，增强转腰、发力、摩擦球的厚薄及球的旋转程度的理解，也可作为训练手感的方法之一。

如果我们使拍面角度保持垂直，击球时除向前用力外，不附加任何其他方向的力量（该技术称为平挡），就可以清楚地看到上、下旋在触到球拍后的反弹情况。由于球对球拍有摩檫力，球拍对球也有一个相反方向的反作用力，所以上旋球在触到球拍后会向上弹起，而下旋球则会急剧下坠。所以，我们不难理解，为什么接上旋球容易出高球，甚至出界；而接下旋球容易下网。流体力学认为，流体的流速越快，压强越小，流速越慢，压强越大，这一定律也成为伯努利定律。飞行并旋转着的乒乓球，不管是上旋、下旋，还是侧旋，其运动弧线都遵循伯努利定律。

具体原理如图所示。可解释如下：

当乒乓球本身带着上旋飞行时，同时带着球体周围的空气一起旋转，但是由于球体上沿周围空气旋转方向和对面空气方向相反，因而受到阻力，导致其流速降低。而球体下沿的气流与迎面空气阻力方向相同，因而流速加快。最后的结果是，本来球体上下沿的压力相等，现在变成上沿的增大，而下沿的减小。这样由于球体受力不均衡，总的合力方向是向下，给击球者的感觉就是上旋球的下落速度加快。因此，在相同的条件下，上旋球的飞行弧线比不转球的飞行弧线要低、要短。

如果是下旋球，其受力情况跟上旋球恰好相反，球体上沿的空气流速快，压强小，下沿的空气流速慢，压强大，所以气流给球体一个浮举力。这样，在其他条件相同的情况下，下旋球比不转或上旋球的弧线要高，要长。因此，如乒乓球选手看不清对方发的是什么旋转的球时，也可以通过球过来的弧线加以粗略地判断球的旋转。

2、围绕上下轴分析：右侧旋和左侧旋

击球时，如果拍面垂直，在向前用力的同时附加由左向右的力量，就会产生右侧旋。通常从反手位发球，以便于发力，也有从正手位发右侧旋球，一者换种姿势给对方造成压力，二者还可以用差不多的动作发出右侧下旋和右侧上旋；反之，如果在向前用力的同时附加由右向左的力量，就会产生左侧旋，尽量用差不多的动作发出左侧下旋和左侧上旋。发左、右侧旋球的关键在于：对方的站位及对反手位球的处理技术；拍与球接触时的一刹那摩擦球的部位及摩擦时间、摩擦面积（可通过往前送球、手腕动作来调节）；发球落点、节奏快慢的控制。发球和攻球都可以产生左侧旋或右侧旋。

右侧旋球在空中的运行，由于受到空气压力的影响，其飞行路线会略微向对手的右测偏斜；相反，左侧旋球的飞行路线会略微向对手的左侧偏斜。

侧旋时，不管是左侧旋还是右侧旋，在落台后都不太拐弯。

用平挡回击对手的左侧旋球时，球会非常明显地向本方右侧反弹；相反，右侧旋球会明显向左侧反弹。

3、围绕前后轴：顺旋和逆旋

击球时，如果将拍面完全躺平，在球的底部由右向左用力，球会产生一种在击球者看来是顺时针方向的旋转，我们称其为顺旋。同样，如果在球的底部由左向右用力，球会产生一种在击球者看来是逆时针方向的旋转，我们称其为逆旋。从理论上分析，如果球只是沿着前后轴旋转的话，它就会由于缺乏前进力而无法过网。但是如果我们把平躺的拍面变得稍微竖直一些，再附加一定向前的力量，球就能越过球网到达对方球台。目前，中国的张继科、德国的波尔的逆旋球发得最好，而且很多业余选手也跟上潮流，在发逆旋球时感受拍与球接触时摩擦球的部位、手腕的发力、送球时间的长短、线路的长短等方面的魅力。

顺、逆旋在空中飞行的轨迹没有明显的变化，相对较为规则。但是在落到台面后，顺旋球会明显向右侧跳跃，而逆旋球则会明显向左侧跳跃。对方在回接顺逆旋球时，由于拍面常常触到靠近球旋转轴的地方，较难借助来球的前进力回击，因此容易下网。

二、应对旋转球的一般办法

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关键词：

平行流换热器； 换热性能； 风速； 水流量

中图分类号： TB 657.5文献标志码： A

目前有关汽车空调的研究主要集中在制冷系统的仿真与实验，而关于暖风系统的研究很少，特别是关于非独立的暖水式换热性能研究更不多.陈江平等[1]从使用新工质及采用新技术等方面介绍了国内外汽车空调系统发展趋势；周益民等[2]建立三维数值模型，研究了百叶窗翅片开窗角度和换向区长度对平行流换热器换热性能的影响，可为其优化设计提供依据；董军启等[3]通过试验比较了翅片间距和高度对平行流换热器表面换热和阻力性能的影响，通过分析试验数据获得了j因子和f因子试验关联式；国内外对平行流换热器在微通道内的流动、压降及传热系数进行了大量研究[4].关于暖风系统的平行流换热器的研究主要集中在百叶窗翅片角度、间距、高度和扁管等对其换热和流动性能的影响，然而工质的工况对其性能也有重要影响.所以本文主要分析空气侧风速和水流量对其换热和流动性能的影响并将两者进行比较.

1平行流换热器结构与特性

1.1平行流换热器结构

平行流换热器（PFC）是一种新型的换热器[5]，多用于汽车空调，主要由多孔扁管和波纹型百叶窗翅片构成.暖风系统平行流换热器结构如图1所示，图中：Fh为翅片高度；Ld为百叶窗宽度；Lh为百叶窗高度；Lp为百叶窗间距；α为百叶窗角度；Fp为翅片间距.平行流换热器结构参数如表1所示，其中Ft为翅片厚度.工质水在多孔扁管中流动，空气垂直流过波纹翅片并与水进行换热.平行流换热器的主要特点是比表面积大，换热效率高，结构紧凑，空气侧压降较小，水侧换热性能增加时阻力减小，扁管和翅片的接触热阻较小，纯铝制品有利于回收等.本文主要介绍一种应用于汽车空调暖风系统的平行流换热器的换热性能，在不同水流量和空气侧风速下通过模拟仿真对其换热性能进行分析.而目前国内对平行流换热器的研究还比较少，本文旨在为国内平行流换热器设计提供参考.

1.2水暖式汽车暖风装置

汽车暖风装置是汽车冬季运行时供车内取暖的设备总称，其种类较多.按其所用热源可分为余热式采暖系统和独立式采暖系统，其中余热式采暖系统又分为水暖式和汽暖式两种.水暖式采暖系统主要是以发动机冷却水的余热为热源，将热水引入换热器，由风扇将车内或车外空气吹过换热器使之升温[6].

与气暖式系统相比，水暖式发动机的冷却液温度比较适宜且散热均匀，不会出现局部温度过高而烫伤乘客，亦不会出现因排气中的SO2等杂质长时间腐蚀换热器管壁造成因泄漏废气而中毒的现象，水暖式发动机在国内外生产的轿车、大型货车、采暖要求不高的大客中已得到采用；与独立式采暖系统相比，水暖式发动机不需另外的燃料及相关设备，易获取热源，设备简单，节能环保，运行经济.

2计算流体力学（CFD）模型

在流动换热过程中，空气从换热器一侧流入，然后与扁管和翅片相互作用进行对流换热，通过增加空气侧风速，能够增强空气流动的扰动，增强换热；增加工质水流量，可以增强换热器的换热性能.

在开发汽车空调系统时，需要掌握的换热器性能数据可以通过实验获得，但在实验前进行数值模拟分析，可以大大缩短开发周期和降低成本.目前模拟时大多采用二维数值模型，其结果有待进一步考证.本文通过对百叶窗翅片进行三维数值模拟，进一步考察数值模拟的准确性以揭示百叶窗翅片的强化传热与流动机理[7].为简化模型，首先对模型作以下假设：① 换热过程为三维稳态换热；② 空气、工质水均为理想的不可压缩流体，各点参数不随时间变化；③ 空气在整个迎风向上均匀分布；④ 扁管、百叶窗肋片表面具有相同的粗糙度，肋片和扁管焊接良好，连接光滑，不考虑加工因素的影响.

式中：Gk为由层流速度梯度产生的湍流动能；Gb为由浮力产生的湍流动能；G1s、G2s、G3s均为常量；σk、σε分别为k方程和ε方程的普朗特数；μt为湍流涡黏性系数；k为湍流动能；ε为耗散率.

2.2边界条件

由于流动处于湍流状态，经对比分析选择了标准的k-ε模型.该模型是目前应用较广、受检验最多、数值求解技术最成熟的湍流模型，且对于平行流换热器的模拟有较高的稳定性.

定义工质水入口处为流量入口边界，给定入口流量、水温（355 K）（根据汽车空调常用设计标准确定），定义出口处为压力出口边界；定义入口空气处为速度入口边界，给定入口速度、空气温度（290 K）（根据汽车空调常用设计标准确定），定义出口处为压力出口边界；平行流换热器为纯铝制材质[8].

2.3数值模拟方法

整个计算区域的网格划分是通过Fluent软件前处理程序Gambit进行.为节省计算空间，采用六面体和楔形单元相结合的方法对网格进行划分，并对网格加密处理，网格数约为300万.定义每个方程的收敛条件中平均残差绝对值不大于1.0×10-6.本文模拟采用商用软件Fluent 6.3对计算区域进行求解.

2.4仿真模拟结果与分析

由于换热器实际工作时水温取决于发动机工作情况，水流量可通过阀门调节，空气侧风速亦可调节，故本文只选择水流量和空气侧风速作为自变量进行分析.

换热器迎面风速分别为2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 m・s-1，水流量分别为5、6、7、8、9 L・min-1 .通过仿真模拟得到汽车空调暖风系统平行流换热器换热量、水侧压降、空气侧压降、空气侧出口温度的变化和分布.

图2为在不同风速和水流量下换热器换热量和空气侧出口温度的变化，图3为不同风速下空气侧阻力的变化，图4为不同水流量下水侧阻力的变化.由图2、3可知，对于一定结构的换热器，随着迎面风速的增加，空气侧换热量不断增大，空气侧阻力也增大，而且空气侧换热量在低风速下增长较快.换热器换热量的增加有以下两点原因：一是在紧贴翅片的空气流薄层内，

由于分子导热，热边界层被来自翅片的热量加热，同时向前运动，空气风速增加，热边界减薄，热阻减小，空气侧传热系数增大；二是风速增大，空气滞留翅片上的时间相对缩短，温升小，与换热器温差大，故换热效果好.但对比图2、3可以发现，随着风速的提高换热量增加率逐渐减小，而空气侧阻力增加率越来越大.这是因为阻力随空气侧风度的二次方左右增加，并且对于一定结构冷凝器存在一个临界风速即换热量随风速增加趋于定值[9].故只靠提高风速增加空气侧换热量是有限的，在增加换热量和阻力之间进行选择，是确定换热器迎面风速时必须考虑的问题.由图2可知，对于一定结构的换热器，随着迎面风速相对于2 m・s-1依次增加25%、50%、75%、100%时，空气侧出口温度有降低趋势，但降低幅度较小，不会影响其舒适性.空气侧出口温度降低是因为风速增加，换热时间不足，但是在风量一定、热水源充分的情况下，空气侧出口温度不会有明显下降[10].

由图2可知，水流量对换热器换热量有较大影响.随着水流量增加，其对应的换热量逐渐增加，起初水流量增加12%时，换热量增加3.2%，最后水流量增加80%时，而换热量只增加6.6%.因此，通过增加水流量来增加换热器的换热能力也是有限的.对于一定结构换热器，水流量增加即流速增大，流动状态由层流变成紊流，换热强度变化较明显.空气出口侧温度与水流量变化非常相近，这是因为对于一定结构的换热器，在一定风量、进风温度、进口水温下，水流量对换热性能起决定性作用[11].由图2可知，增加空气侧风速比增加水流量对平行流换热器换热量的影响更大，在增加相同百分比的情况下，增加风速比增加水流量对换热器换热量的影响大16%左右.这是由于空气侧热阻对换热性能的影响大于水侧的影响.但从图4可知，水流量增大，水道中水的流速增加，水的流动阻力明显增大，增加了循环水泵的功耗.

3结论

本文利用仿真模拟计算了某汽车空调暖风系统平行流换热器的换热特性，分析了风速、水流量对换热性能的影响：

（1） 增加空气侧风速比增加水流量对平行流换热器换热量的影响大。在增加相同百分比的情况下，增加风速比增加水流量对换热量的影响大16%左右，而且增加两者对换热器换热能力的影响均有限。随着两者增加，换热量增加率逐渐减小.

（2）L速增大，空气侧阻力增加非常明显，同样水流量增大，水侧阻力增加也非常明显；但增加两者对空气侧出口温度影响都不明显.

（3） 在优化设计汽车空调暖风系统平行流换热器时，应合理选择其结构，使迎面风速控制在一个合理的范围内.

另外，水暖式暖风系统使用时必须在发动机冷却液温度上升到大循环时方可开始，且存在使用过程中流量分配不均、热源不足等问题，这些均有待进一步解决.

参考文献：

[1]陈江平，施骏业，赵宇.国内外汽车空调系统发展动向[J].化工学报，2008，59（增刊2）：9-13.

[2]周益民，董军启，陈江平.百叶窗翅片传热与流动的三维数值模拟[J].节能技术，2007，25（2）：141-144.

[3]董军启，陈江平，陈芝久.百叶窗翅片的传热与阻力性能试验关联式[J].制冷学报，2007，28（5）：10-14.

[4]PARK C Y，HRNJAK P.Experimental and numerical study on microchannel and roundtube condensers in a R410A residential airconditioning system[J].International Journal of Refrigeration，2008，31（5）：822-831.

[5]林泉来.平行流换热器干工况下应用的可行性分析[J].暖通空调，2013，43（增刊1）：291-293.

[6]小林明.汽车工程手册[M].北京：机械工业出版社，1985.

[7]丁国良，张春路.制冷空调装置仿真与优化[M].北京：科学出版社，2001.

[8]陶文铨.数值传热学[M].2版.西安：西安交通大学出版社，2001.

[9]瞿晓华，施骏业，陈江平，等.车用暖风散热器数值模型[J].汽车工程，2009，31（4）：345-348.

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关键词：地下汽车库；空气环境；排烟设计；诱导风机

中图分类号：TU233　文献标识码：A　文章编号：1009-2374(2011)01-0125-03

在当今的城市建设进程中，大量的住宅项目如雨后春笋般，在城市中心及郊区屹立而起。几乎所有的项目都会有地下车库的配套设施。地下汽车库节省城市建设用地，管理方便，极大地改变了以往的汽车停放观念，为小区业主提供方便。这样的配套形式不仅在住宅项目，办公商业等公建项目也是比比皆是。

但在实际的使用过程中，因车库一般为地下建筑，容易造成通风不畅，汽车库散发的尾气中有害成分不能及时稀释、散发，汽油蒸汽积聚不易扩散，这样就是车库内的环境变的恶劣，甚至引发火灾、爆炸事故等。如何改善地下汽车库的空气环境，防止和减少火灾危害的发生，并有效降低工程投资，是业主和建筑设计单位关注和研究的重点。其实汽车尾气中主要是一氧化碳的浓度起着关键的作用，根据相关资料可知，若能将汽车尾气中一氧化碳稀释到容许浓度，其它有害成分就可达到充分的安全程度。而喷射式诱导通风系统能确保地下车库有效的通风换气，减少通风管道；可有效降低车库建筑层高，节约电能、节省项目投资等，此系统已经此类建筑中广泛的应用。

1　诱导通风系统简述

1.1　诱导通风系统的基本原理

当空气从直径DO的喷嘴以速度VO射入一个没有周围界面限制的空间内扩散时，则形成自由式射流。有流体力学可知，诱导通风系统喷嘴射出的气流为等温自由式圆射流，在惯性力作用下，射流将保持流动方向向前流动。如图1所示，由于射流边界与周围介质间的紊流动量交换，周围的空气将被连续卷入，射流范围(射流直径)不断扩大，流量沿射程方向不断增加，而射流断面的速度场从射流中心开始逐渐向边界衰减，并沿射程不断减小。根据动量守恒定律可知，各断面的总动量保持不变，在理论上射流的宽度会一直增至无限大，诱导风量也会增至无限大，各点速度将减至无限小。但在实际环境中，建筑物中梁、板、柱类障碍物和其它因素的影响，当射流的中心速度衰减至某一速度时必须由另一喷嘴来接力，从而形成连续的气流卷吸和导引作用，使整个作用空间产生持续流动的速度场。图2为喷流射程与速度分布示意图。

2.2　诱导通风系统的构成

诱导通风系统包括补风风机、多台诱导风机和排风风机，其中诱导风机由可任意调节方向的喷嘴、前向多翼低噪音离心风机、超薄箱体三部分组成。系统的流程是由补风风机将室外新风通过通风管道送到地下车库，诱导风机将新风与室内空气进行稀释、混合，并沿预定的方向流向排风口，由排风管道、排风机排到车库外面。布置如图3所示：

2.3　诱导通风系统的特点

2.3.1　减少工程投资，节省安装空间

一般诱导风机箱体高度为250mm，可在梁间布置，直接吊挂于楼板下，有效降低建筑设计层高可在400mm以上，减少地下开挖土方量和混凝土浇筑量，减少工程投资：同时减少了风管与其他管线的交叉问题。

2.3.2　安装灵活，施工简单，施工周期短诱导风机无需接管，重量轻，体积小：安装形式多种多样，梁下板下吊挂、侧梁侧挂、壁挂等均可：电源为单相220V，电气专业配线简单。

2.3.3　节省运行费用，管理方便由于无通风管道。补、排风风机所需风压降低，电机功率随之下降，有效解决运行费用高的问题，避免采用传统车库通风形式，业主或物业分时运行，或不运行使车库空气质量差的矛盾：诱导风机采用高效低噪声风机、消声箱和具有空气动力学特性曲线的高速喷嘴，噪音降低。

2.3.4　通风效果好在地下汽车库的设计中主要考虑到一氧化碳比重(标况1.25kg／m3与空气(标况1.293kg／m3)相差很小，加上引擎发热(尾气温度达100℃～150℃)，气流易停滞在上部，而汽车发动机主要在下部排气，且油蒸汽比空气重，所以排风管道一般按车库内上、下两部分别设置，上排1/3～1/2，下排1/2―2/3，且多个风口均匀分布。一旦气流组织形式考虑不周，就会产生尾气排放不佳的现象。诱导通风系统能空气有效地混合，使车库上、下部的空气形成紊流气流，不易产生死角；喷嘴可以根据不同建筑和不同位置，已达到合理的气流形式而随时调整方向。

2.4　诱导通风系统布置原则

2.4.1　合理设置主干线根据工程实际形状及进、排风口的部位，要因地制宜，设置出稳定的活塞式空间，先设置空气流动主干线，再设置辅助喷嘴对空气进行扰动，避免污染的空气流动时产生死角、在近地面处积聚。综合考虑车位的布置和车尾(污染物排放处)的方向来布置诱导风机，尽可能使清洁空气主流位于主车道上，及时稀释汽车入库过程中尾气排放的有害物。

2.4.2　防止气流短路一般要求地下车库的补风竖井与排风竖井尽可能远离，但很多情况下由于建筑专业和地面上的建筑物分布等原因，很难做到，致使补风、排风口相距很近，这时可以合理的布置诱导风机，使补风不要直接就有排风口排除，利用喷嘴可以形成比较合理气流流场，使新鲜空气在车库内完成稀释后在排除室外，以防止气流短路。

2.4.3　确定的喷射角度在布置喷嘴时应考虑不同层高而采用不同安装倾角(与水平面夹角)，如层高h

2.4.4　诱导风机的间距设置“以允许的射流最小边界速度来确定作用宽度，以允许的最小核心速度来确定射流接力长度”来确定布置间距，这两个控制参数即可确定单个射流的作用面积。主要考虑射流长度和末端风速及末端气流的覆盖面积等参数。

3　工程实例

3.1　工程概况

天津某住宅小区地下车库工程共一层，建筑面积约38000m2，建筑层高3.0m。共设10个防火分区，每个防火分区均小于4000m2。以下仅就防火分区2进行分析说明，其它防火分区原理相同。

3.2　系统设计

为节省土建成本建筑高度梁下为3.0m，若采用传统通风系统肯定会使室内净空高度低于2.2m，根本无法满足《汽车库建筑设计规范》的最小净高要求，而且满布管道会使整个车库显得拥挤压抑，因此通风设计时采用诱导式通风系统。

该防火分区面积约为3510.86m2，根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》的规定，将此防火分区分为 2个防烟分区，防烟分区面积分别1637m2和1630m2。

每个防火分区内设一个排风机房，一个送风机房：同时排风机兼排烟，送风机兼排烟补风用。排风及补风均通过土建竖井及防雨百叶进行排风和补风。平时排风时低速运行，排烟时高速运行。

平时送、排风机开启(或送风机分时段开启)，送风通过诱导风机高速喷出的气流带动周围空气，使大量清洁空气与车库内污染空气混合稀释后，沿预设方向向排风口流动，经排风机排至工程外。当车库内发生火灾时，通过烟感探测器或消防控制中心，诱导风机关闭，同时排烟主管的70℃防火阀关闭切断平时排风的系统，排烟风机高速运行，常闭排烟防火阀打开，多页排烟口打开开始机械排烟。当烟气达到280℃时，补风机和排烟风机的280℃防火阀关闭，补风机和排烟风机停止运行。

参考某厂家诱导风机样本资料，一般轴心风速控制在0.8-1m/s左右接力效果较好。诱导通风系统布置要按补风、排风风机的位置、车位方向等来组织气流流动方向；障碍物与诱导风机回风口距离不能小于600mm，出喷嘴前方不应有障碍物。

结合本工程实际，设计时按西南角进风，东面排风的通风方式，参考某厂家样本，前后两个喷嘴距离按11m，间距保持在9.5m以内，喷嘴出风口向下安装倾角15。的原则布置，参见图1。

3.3　风量计算

地下汽车库的通风量按稀释废气量计算，该车库为住宅小区的停车库，根据《全国民用建筑工程设计技术措施一暖通空调-动力》(2009版)的规定设计采用6次／h排烟量和4次／h通风换气量，详见表1，

3.4　设备选型

诱导风机选用YDF―I一12型送风诱导器，配220V三速电机，每台带φ80mm×3支喷嘴，喷口风速14-24m／s，诱导风量1150-1350m3／h，并可选配时间编程控制或一氧化碳感测控制器。各风机根据具体情况进行计算，规格详见表2：

4　结论

(1)为减少后建筑层高，减少车库通风管道安装，采用诱导通风系统，是一种经济可行的通风方式。《全国民用建筑工程设计技术措施一暖通空调・动力》(2009版)中-也推荐使用诱导通风方式。

(2)采用诱导通风方式不仅能减少初投资，也可以根据车库的车辆多少，适时调节运行台数，降低运行费用。

(3)诱导风机的扰动作用，形成了有组织的气流流动，使沉积于车库下部的有害气体随气流向排风口流动，解决了下部排风口设置困难的问题。

(4)由于诱导系统的排烟风管只在排风机房附近主风管处有平时排风管，故其它地方排烟管内风速可加大至12～20m／s，每个排烟口的覆盖距离可达30米，最终使排烟管的尺寸和布管密度与常规做法相比大幅减少，可相应的把排烟管布置在四周沿墙或其它不占用通行的位置。

参考文献

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社.2008

[2]中国有色工程设计研究总院采暖通风与空气调节设计规范(GB50019―2003)[S]北京：中国计划出版社，2004.

[3]中国建筑标准设计研究.2009全国民用建筑工程设计技术措施(暖通空调・动力)[s]北京：中国计划出版社.2009

[4]中华人民共和国公安部高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95)[s]北京：中国计划出版社，2005

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关键词：特朗贝墙体热性能研究评价

1.引言

特朗贝墙系统的发展已有几十年的历史，其结构形式和材料都有了一定程度的改进。针对特朗贝墙系统热性能的理论和实验研究也有了很大进展，建立了比较成熟的数学模型。特朗贝墙的传热研究涉及到优化被动式太阳能建筑设计等多个重要方面，人们在特朗贝墙的热特性研究领域作了大量的工作。随着被动式太阳能建筑的普及和特朗贝墙研究方法及运算工具的改进，特朗贝墙系统优化和热性能的研究取得了很大进展。

2. 特朗贝墙发展历程

2.1 特朗贝墙的构造原理

特朗贝墙通常是由0.2~0.4米厚的混凝土墙表面涂黑或加吸热板，外面覆盖单层或双层玻璃，玻璃与重质墙的距离是0.02~0.15米，形成一个小的空气间隙，重质墙和玻璃盖板上下分别开有通风口。重质墙外面涂有高吸收率和低反射率的选择性涂层，既可以吸收太阳光谱中所有的可见光，又可以减少墙体向玻璃的红外辐射，增强墙体的热工性能。冬季，太阳辐射热透过玻璃被黑色表面吸收并贮存在墙内，通过空气在间层内的循环和墙体的导热作用传入室内（如图1a）。夏季，白天使用浅色反光卷帘避免黑色墙体表面吸收过多的太阳辐射，防止室内过热。夜晚将外通风口打开，利用室外空气冷却墙体，并将多余的冷量蓄积在重质墙内，起到被动式降温的作用（如图1b）。研究表明，0.4米厚的墙体将热量传入室内大约需要延迟8到10小时，使得室内大大减少了对常规采暖和降温的需要。

(a) 冬季采暖 (a) 夏季降温

图1特朗贝墙工作原理

2.2 特朗贝墙的发展

世界上最早的特朗贝墙是1960年由Trombe和Mechel在法国的C.N.R.S.实验室建成。它在闷晒墙(Mass Wall)的基础上增加了两个通风口，改善了由于重质墙的热容量大导致向阳吸热面的温升缓慢及向室内的供热有限的问题，大大提高了特朗贝墙的热效率。但是，当环境温度较低时，重质墙向环境的热损失很大。所以J.K.Nayak等印度学者在1982年对使用夜间可移动外保温板的特朗贝墙系统进行了理论分析，得出使用夜间外保温可以向室内多提供10%的热量。尔后，为进一步提高特朗贝墙的热性能，R.Ben.Yedder等加拿大学者分别在1989年和1987年对使用与寒冷地区的，增加吸热保温层的特朗贝墙结构的传热过程及设计尺寸进行了探讨。W.Smolec等印度学者等在1990年对特朗贝墙系统进行冬季换热模型研究时，提出了在间层内使用保温卷帘的方案，这种形式比J.K.Nayak可移动保温板系统在工程实际中更具有可行性。随着特朗贝墙系统的热性能研究的深入又发现，运行较长时间后, 重质墙和玻璃盖板上会因空气流动而积尘, 影响对太阳辐射的吸收和透过性能，所以又出现了在间层内增加吸热板的结构，1996年法国学者F.Mootz等对使用轻质墙体的特朗贝墙系统传热过程进行了数值模拟，讨论不同空气间层尺寸和吸热板摆放位置对其热性能的影响。伴随着人们对室内热舒适性的要求，特朗贝墙夏季过热的问题也越来越受到关注，1998年泰国人J.Hirunlabh等对一种类似特朗贝墙结构的夏季降温系统的设计进行了实验讨论。Guohui Gan等讨论了增设外通风口的 特朗贝墙系统的设计尺寸与夏季降温能力之间的关系，并用实验数据进行了验证。综合前人的研究成果，陈滨等中国学者2003年在中国大连建造了实体大的具有外通风口和内置遮阳卷帘的特朗贝墙实验房，对其冬季热性能和夏季降温效果进行了理论和实验研究。

3.特朗贝墙热性能研究

特朗贝墙作为一种发展比较成熟的被动式太阳能部件，已经广泛应用于被动式太阳能建筑中。特朗贝墙热性能研究已有几十年的历史，通过实验研究、理论研究以及理论和实验相结合的方法，在间层内空气对流换热、特朗贝墙系统热性能评价等多方面都形成了比较严密的研究体系。

3.1 研究手段

3.1.1 实验研究

实验研究主要是针对已建成的系统或缩小比例的实验模型进行分析其热工性能。用实验方法确定墙体热特性,就是在一定的实验条件下,通过测量特朗贝墙的墙体温度等参数,根据实验数据计算墙体的热特性参数的方法。

3.1.2理论研究

理论研究方法是通过对特定的特朗贝墙结构及材料进行某些假设和简化,使之成为易于处理的物理模型,然后将传热的基本方程应用到该物理模型上, 进而抽象为数学模型，求解方程可以得到反应特朗贝墙热特性的某些参数,再将这些参数应用到实际负荷计算及传热分析中。这些数学模型通常以室内外温度等作为输入量，根据传热学和流体力学理论，对特朗贝墙的温度场分布等通过解析计算或数值计算的方法进行求解。

3.2 研究内容

3.2.1对流换热

对流换热研究主要是根据连续性方程、能量方程、动量方程及合理的边界条件，通过解析或数值计算的方法，分析空气间层内空气的流态、循环方向，求解特朗贝墙空气间层速度场分布、温度场分布以及空气流率，进而计算特朗贝墙的对流换热量。

3.2.2 导热换热

对于墙体导热方面的研究主要根据导热方程，利用解析计算或数值计算的方法，对墙体的导热过程进行研究。主要分为稳态分析法和动态分析法。

墙体的稳态分析法常采用的是集总参数法，该法是把墙体人为的划分成许多离散的网络，仿照电路电阻-电容（RC）分析方法来研究墙体的传递函数。这种方法直观易懂，但使用时为了不造成解的震荡，需要把网络分得很细，而且对不同的外界条件，墙体内的温度分布及墙体的传递函数必须重新计算。

在对墙体动态的热过程进行分析时，常用谐波分析法和反应系数法。谐波法用来解边界条件成周期变化时的导热微分方程。热反应系数法是1967年由加拿大的学者Mitalas G.P.和Stephenson D.G.等人提出的，这种方法是在已知墙体各层材料热物性参数的情况下，对传热方程进行拉普拉斯变换，通过求解其特征方程的根，计算其热反应系数。

3.2.3 辐射换热

辐射换热分析是根据光学原理结合太阳辐射周期性的变化规律，分析使用不同材料的透明覆盖及墙体吸收表面对墙体吸热量的影响。研究的目的是为了特朗贝墙系统可以在冬季尽可能减少热损失的情况下，最大限度的接收太阳辐射热。

3.2.4系统热性能评价

系统热性能评价是根据能量方程、热平衡方程等计算特朗贝墙系统的温度场等热特性参数，将三种传热基本方式的的耦合起来评价特朗贝墙系统的热性能。以此为特朗贝墙系统选型设计提供依据。

3.3 被动式太阳房热工设计软件的发展

1976 年，J . D. Balcomb 编出集热墙式被动暖房的模拟程序PASOLE ，当年冬天，建立了并排的试验小室，并投入运行，利用试验结果对PASOLE 进行了验证。1977 年春，Balcomb 等人利用验证的程序模拟分析了不同气象条件对热工性能的影响。根据模拟分析、小室试验和居室测试结果以及由此发展的一些简化计算、设计方法，于1980 年出版了被动式太阳能设计手册。

4 特朗贝墙热特性分析研究的应用

虽然特朗贝墙研究领域，人们已经能够对墙体的非稳态传热问题进行比较全面的描述和求解。但非稳态传热研究通常采用数值模拟方法，计算出来的结果大都缺少实验数据的验证，模型的准确性缺乏可靠性。所以在实际的建筑工程应用中，模拟和预测特朗贝墙内的空气流动和传热时的主要理论仍然是稳态条件下的传热计算。这一方法较为简便且易于掌握，但是该法的数学模型建立在一系列假设的基础上，求解条件一般设定为稳态边界条件，没考虑上述边界条件变化时的温度和气流分布状况，也没有考虑围护结构热惰性因素的影响，所以并不能全面反映特朗贝墙的传热过程。

5.结论与展望

虽然经过几十年的研究，特朗贝墙热性能的理论和实验研究有了很大进展，建立了比较成熟的数学模型。但是由于其实际传热过程复杂，问题的干扰因素过多且不同结构尺寸等原因，使已建立的模型相对于实际情况假设过多而不能十分准确地描述真实的传热情况。目前特朗贝墙的研究主要还存在以下三方面问题：

1）在计算间层内空气对流换热量时对流换热系数的确定。目前使用的对流换热系数的公式多依据大平板对流换热理论，忽略了摩擦力的影响。

2）简化的计算模型通常假设墙体壁面和玻璃内壁面的温度均一，这使得计算结果与实际情况误差较大。

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关键词：

1、项目的提出

随着电力工业的迅速发展，电网对电厂运行的洁净、安全、经济性提出了更高的要求。由于锅炉的系统结构复杂，运行工况，环境的恶劣，锅炉一直是电厂运行中问题最集中，事故率最高，对机组可用率影响最大的一个设备。其中，锅炉燃烧工况的好坏在很大程度上，决定着锅炉设备和整个发电厂运行的经济性和安全性。煤粉燃烧工况复杂的特性，决定了燃烧过程以及与之有关的其它他过程是难以控制和测量的，如果只凭表面现象和直观经验已经很难对运行工况作出准确的判断和合理的调整。因此，就需要对影响燃烧工况的主要参数，能够实现准确地测量，从而能够达到有目的、有计划的控制、调整燃烧，实现锅炉最佳的运行方式。

燃烧调整的目的是寻找和建立最佳的燃烧方式，建立起炉内良好的空气动力工况。其中，关键的调整项目是使四角配风均匀台理。这对于携带煤粉的一次风有着较为严格的要求，对动能、刚性比一次风大得多的二次风有着更高的要求。一般对于一次风喷口风速同层四角偏差要求

2、现状和问题

目前，实际运行中，可炉检测一、二次风，进行燃烧调整的手段主要有3种，现分析如下：（1）依据安装于每个燃烧器一、二次风支管及风箱上的静压测点指示，调平各层风速。其测量原理是利用流体力学的伯努力方程，即假设在全压相等的前提下，动压等于全压减静压，通过测量静压来对比动压。（2）通过对各风门进行冷、热态的风门特性试验，依据风门开度的大小来实现一、二次风的调整。（3）近几年，一些科研院所做过一些工作，如在一、二次风支管中安装全压测速管：把二次风小风门作为阻力件，通过测量风门钱后的管道静压差，或直接在风道安装靠背管和笛型管等项技术，来试图解决一、二次风风速的测量。

由于现场所能提供的测量条件和上述一次测量元件自身测量条件要求的限制，在工业现场的实际应用中难以胜任燃烧器喷口风速准确测量的工作。

3、改造方案

锅炉燃烧系统中二次风依次从四角二次风大风箱进行分组，分别分配给各层二次风水平支管，然后进入炉内。在这种结构中能实现对每个二次风喷口风速测量的场所，只能在水平直管段。但水平管段一般为变径管和组合弯头，可供正常安装风速测量装置的位置几乎没有，即使对支管结构进行改造，其直管段的长度也是非常有限的，是很难满足目前现有的各种动压测量装置的测量条件的。通过对上述存在问题的仔细分析、研究。实现锅炉的一、二次风速的准确测量，必须同时满足如下3个必要的条件：（1）对于任何测量装置或仪器来说，要保证测量的准确、稳定，即有误差限作保证，都需要一个基本的测量条件。对于动压测量装置也是如此，即需要一定的整流直管段。因此，需要根据锅炉风箱和风道的结构进行必要的技术改造，为一次测量元件的安装和测试提供一定的测量条件。（2）设计、开发出能够实现测量矩形、圆形截面管道，洁净或低含尘气流平均风速测量，适合于一、二次风喷口风速测量的较为理想的一次动压测量元件，具有测量条件要求低，输出信号稳定、准确，小管径，高流速，局部阻力小的特点。（3）在此基础上，利用微差压传感器、先进的数据采集系统和计算机处理技术，对动压信号进行必要地 修正，以数字量和模拟量的方式在计算机屏幕上显示出来，指导运行。

4、设备改造和调试

4.1一次元件的设计

在常规测速装置中，翼形风速测速装置由于它是喉部取压，测量信号稳定，精度和灵敏度较高；本身可以对流场进行整形，要求的前后直管段短；整个形状为流线型，不可恢复的动压损失小；输出的差压信号能放大3-5倍，足以满足传感器对微差压信号的要求，基本上能够满足一、二次风风速测量的条件，同时也满足锅炉送风系统的设计、风道结构布置的要求。但是，传统意义上的机翼测量装置是由单板成型的，适用于低流速大管径、矩形截面、纯净空气流速测量领域的装置。因此，如果选定机翼型测速装置为该监测系统的一次测量元件，就需要对它的结构、制造工艺，计算方法进行相应的改进，适合于矩形、圆形、小管径、高流速、全截面（多点、网格法）平均风速、低含尘气流动压准确测量的需要。经改造设计和外委加工、安装、建立模化试验台、确定试验方法、计算方法和试验内容，开发出翼型风速测量装置，在阻力系统较小（0.3-0.5）的情况下，机翼前后各有1D和0.5D的直管段，就能保证风速测量误差

根据对现场的防尘、防电磁和高温的要求，开发出微差压传感器，作为该系统传感器部件。每个传感组由8路信号组成。传感器的核心元件是选用进口的扩散硅电阻桥硅膜片，具有良好的稳定性。信号经放调理转换成4-20m标准信号输出，系统精度

4.2现场改造

改造方案：根据锅炉一、二次风风箱、风道的具体结构和相关的技术参数，设计机机翼型测速装置，并提出具体的改造方案。利用机组大修的机会对相关设备进行技术改造工作，加装机翼型测速装置。安装热工检测部分，结合现场的具体情况，进行系统软、硬件的整体调试工作、消除系统中存在的缺陷。

4.3试验与调试

冷态试验：由于机翼型测速装置是一种非标准的测速标准，因此，必须对其进行流量系数的标定工作。此项工作可以通过试验风洞或在现场通过冷态试验完成，另外，对燃烧设备的状况进行必要的检查。

热态试验：在锅炉启动以后，还需要对锅炉进行热态的燃烧调整试验，目的是通过该项试验确定，在一定的煤质范围内，锅炉在不同负荷、不同工况和磨组合方式下最佳的燃烧运行方式。其中，最主要的是锅炉一、二次风的调整、匹配方式，并建立燃烧运行卡。