冷_热风幕气幕式空调伞的实验研究和对比分析

冷、热风幕气幕式空调伞的实验研究和对比分析
王 广1,何丽娟2,韩万宁3
(1 包钢(集团)公司设计研究院,内蒙古 包头 014010;
2 内蒙古科技大学,内蒙古 包头 014010;
3 包钢(集团)公司焦化厂,内蒙古 包头 014010)
摘 要:介绍了一种营造局域舒适性环境的新型空调设备 气幕式空调伞,借助实验手段比较了两种空调伞的流场、温度场以及最佳高径比,并对有效空调区和舒适性进行了分析和比较。

关键词:空调伞;冷风幕;热风幕;实验对比
中图分类号:TU831 4 文献标识码:B 文章编号:1009-5438(2006)01-0044-03
Experimental S tudy On and Comparative Analysis of Air-Conditioning Umbrellas with Cool and Warm Air-Curtains
WANG Guang1,HE Li-juan2,HAN Wan-ning3
(1.Designing Institute o f Baotou Steel(G roup)Corporation,Baotou014010,Nei Monggol,China;
2.Inner Mongolia University o f Science and Technolo gy,Baotou014010,Nei MonggolChina;
3.Coking Plant o f Baotou Steel(Group)Cor poration,Baotou014010,Nei Monggol,China)
Abstract:This paper presents a new kind of air-conditioning eq uipment,air-conditioning umbrella wi th air-curtains, which can form a comfortable air-condi tioned zone.T hrough experiments,the air-condi tioning umbrella with cool air-curtain and the air-conditioning umbrella with warm air-curtain are compared i n terms of flow fields,temperature fields and best ratios of hei ght to diameter.The effective air-conditioned zones and comfortableness are also compared.
Key words:air-conditioning umbrella;cool air-curtain;warm air-curtain;experi mental comparison
气幕式空调伞最早出现于日本。

三菱重工研制的顶置吹风式空调是首次出现的实用型气幕式空调伞[1]。

气幕式空调伞是一种小型的空调设备,利用环形气幕来营造相对封闭的局域舒适环境。

从结构上说,气幕式空调伞的风幕分为热风幕和冷风幕两大类型。

1 冷、热气幕式空调伞实验研究对比 气幕式空调伞是一种新型的空调产品,国内外对这种产品的研究也非常不完善。

由于环形风幕是一种复杂混合流,外界环境对其流场和温度场影响较大,故本文通过实验的方法对冷、热风幕空调伞的流场和温度场的分布进行对比分析,为进一步的理论和实验研究奠定基础。

1 1 实验装置对比
实验装置是由制冷系统和测试系统组成:制冷系统由压缩机、冷凝器、风机、毛细管、蒸发器等部件
第32卷第1期2006年2月
包 钢 科 技
Science&Technology of Baotou Steel(Group)Corporation
Vol.32,No.1
February,2006
收稿日期:2005-10-20
作者简介:王 广(1971-),女,辽宁省鞍山市人,暖通专业工程师,现从事暖通空调设计工作。

构成,测试系统由各种测试设备构成。

冷、热气幕式空调伞制冷系统和测试系统都是相同的,只是空调伞的伞头构造不同,如图1、图2所示。

从图可以看出,热风幕空调伞比冷风幕空调伞
的结构复杂。

图1
冷风幕空调伞伞头
图2 热风幕空调伞伞头
热风幕空调伞利用的是同轴电机即伞内同轴风机同时驱动伞下空调区域内的热空气和伞上周围环境的热空气,经吸风口同时沿轴向进入风机叶轮,并沿径向吹出。

伞上、伞下的空气经环形喷嘴喷出后形成两个环形空气幕,内风幕是由伞下空调区域内的空气流经蒸发器降温冷却而形成的,其作用是营造一个相对舒适的空调环境。

冷风幕空调伞是由一个风机驱动伞下的热空气经蒸发器降温冷却而形成的,喷出的冷空气既可起屏蔽作用,又可阻止向内卷吸回流气体。

1 2 实验测试仪器
热球式电风速计2台(0~5m/s,0~10m/s 各1台);
烟雾发生器1台;干湿度温度计1只;倾斜式微压计1台;智能巡检仪1台;
皮托管1只;热电偶温度计10支。

2 冷、热气幕式空调伞实验结果对比
由于环形气幕是一种复杂混合流[2]
,从理论角度分析难度较大,故只有借助实验手段进行研究分析。

本实验从流场和温度场的分布两个方面来研究。

2 1 流场的对比
冷、热风幕空调伞的流场存在以下几点不同:2 1 1 射流及气幕的高度
热风幕空调伞的气幕高度是冷风幕空调伞气幕高度的1 5倍左右。

2 1 2 流场的半径
热风幕空调伞的实际流场半径是冷风幕空调伞流场半径的1 5倍左右。

图3 热风幕空调伞的流动示意图
图4 冷风幕空调伞的流动示意图45
第1期 冷、热风幕气幕式空调伞的实验研究和对比分析
2 1
3 气幕的流型
环状气幕的流型决定于风幕的内外压力差,其形状可通过烟雾发生器喷射乙二醇烟雾来观察。

经烟雾造型发现热风幕空调伞的流场呈 伞状灯笼型 ,其气流流向如图3所示;冷风幕空调伞的流场呈 细径花瓶型 ,其气流流向如图4所示。

出现上述差别的原因在于:
(1)由于热风幕的屏蔽作用,热风幕空调伞送风口的出口速度相对较大。

(2)由于热风幕的屏蔽作用,热风幕内外侧压降远远小于冷风幕,所以热风幕的气幕向内弯曲的程度较小,空调范围却相应加大。

(3)随着流程的增加,冷风幕比热风幕提前进入扩散段,流速减小较快,扩散却增大较快。

2 2 温度场的对比
在相同的送风速度、回风速度及测试条件(环境温度为37 )的情况下,冷风幕空调伞的伞头进出口温差仅为3~4 ,伞内空调效果不明显;而热风幕空调伞的伞头进出口温差在15 2 ,伞内的空调
效果令人满意。

h -伞高方向的无因数步长;H -伞高
图5 冷、热风幕的比较温降图
在伞下的轴线上设置了6个测温点,每个测温点之间的间距为300mm 。

本文对冷、热风幕空调伞的温度分布进行了对比实验。

经测试得到:对于热风幕空调伞和外风幕环形送风口出口温度为27 ,内风幕环形送风口的出口温度为11 8 ,环形回风口处的温度为18 6 ;而冷风幕空调伞的风幕环形送风口出口温度为23 2 ,环形回风口处的温度为25 5 。

从图5所示的温降图可知,热风幕空调伞风幕的屏蔽效果要比冷风幕空调伞风幕的屏蔽效果好,热风幕空调伞具有更舒适的局部空调效果。

2 3 最佳参数的对比
根据人体 头冷脚热 的舒适性要求,本文发现了伞头的最佳设计参数 高径比H /D 。

经对比实验得到:冷风幕空调伞的最佳高径比H /D =2.0~2 4;而热风幕空调伞存在两个最佳高径比H /D =0.9~1 6和H /D =2.0~2 3,热风幕空调伞的最佳参数正是日本学者的结论H /D =1.0~1 2[1]和冷风幕空调伞最佳高径比H /D =2 0~2 4的综合。

3 结束语
对冷、热气幕式空调伞的对比实验研究表明:热风幕空调伞具有良好的屏蔽性能、空调效果较好、体感舒适,但是能耗较冷风幕大。

参 考 文 献
[1] 近藤文男 局部气流控制的新型空调的开发[J],三菱重工技报,1990,28(2):34-37 [2] Shen YN,Wang Z,Zhang F.C,等.The Character -istic Research into the Air C onditioning Umbrella With An Air Curtain[J] Cryogenics and Refrigera -tion-Proceedings of ICCP 98,1998,(4):296-289.
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包钢科技 第32卷。