方形吸顶散流器平送风等温射流特性研究
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I
摘 要
空调末端风口及其射流特性是影响室内气流分布和空调系统效果的重要因素。国
内厂家从上世纪七十年代末开始生产定型空气末端至今，风口的种类、数量、材质等
方面日趋丰富，设计和生产有了很大的提高，但也带来了问题：不同的风口类型，其
射流规律和特性不同，相关资料中针对单个类型或新型送风口的射流资料没有或叙述
不够充分，使得暖通工程师在设计或施工过程中显得无据可依。基于此，本课题根据
相关标准和产品样本资料，设计能满足大多数风口实验需求的空气分布器性能实验室，
以获得风口的射流特性等数据。论文同时以方形吸顶散流器作为研究对象，建立其等
温平送风射流数学模型，以求解射程等相关参数，并通过实验测试 4种规格方形吸顶
散流器送风射流特性和包络面等，获得相关射流特性数据，以验证数学模型，研究其
射流规律。论文最后进一步利用数学模型对射流特性进行了理论计算及分析。
课题设计的实验室由送风系统和测试系统组成。送风系统满足顶送风、侧送风和
地板送风的送风需求，送风系统设计风量为 0~4000m3/h，满足大部分风口的实验要求。
测试系统包括系统流量测试装置和射流微风速测试装置。流量测试装置采用均速管流
量计，微风速测量装置采用万向风速仪探头和安捷伦数据采集仪。论文对测试装置进
行了标定实验及误差分析，误差分析得到风量测量总相对误差为±4.12%，微风速测量
总误差为±0.092m/s，满足实验测试要求。
课题根据吸顶散流器运动机理建立了吸顶散流器平送风数学模型。实验获得结果
与数学模型计算结果吻合，由模型计算冲击点距离与实验值最大误差为 0.10m；计算射
程值与实验值最大误差为 3.10%，而常用的经验式计算所得最大误差为 9.17%，与经验
式相比，数学模型计算的精度更高。应用数学模型计算并分析可得，方形吸顶散流器
射程主要受喉部风速和喉部尺寸的影响，射流轴心轨迹主要受安装距离的影响。
论文利用所建空气分布器实验室对方形吸顶散流器送风射流特性进行了实验研
究。实验结果表明：方形吸顶散流器出风射流截面由扁平逐渐变为半圆形，经历一段
空气的卷吸，射流截面又逐渐变为扁平。方形吸顶散流器射流扩散宽度和下降距均随
喉部风速的增大近似线性增大，喉部尺寸越大其扩散宽度和下降距亦越大。在实验工
况内射流的最大下降距为 0.87m，表明气流在顶棚形成良好的贴附射流。实验所研究的
4种方形吸顶散流器轴心速度无量纲值能近似地用同一个表达式描述，各实验点均在系
数a取值为 1.16、1.94 所计算的曲线范围内。方形吸顶散流器不同风速下的风口平均
阻力系数与喉部尺寸呈良好的线性关系。
论文研究成果完善了方形吸顶散流器射流理论和射流数据资料，为进一步研究吸
顶散流器非等温射流理论研究提供了理论基础。
关键词：方形吸顶散流器 等温射流 平送风气流特性 射程 轴心速度
II
ABSTRACT
For an air-conditioning system, the air inlet is an important factor to the indoor air
distribution. Since the late seventies of last century, air distributor type, quantity and material,
produced by domestic manufacturers become increasingly rich, design and production has
also been greatly improved. But the jet theory for a single type of inlets is not described
sufficient in the manual. Based on this, paper will first design an air distributor performance
laboratory, according to relevant standards and product samples. Then take square ceiling
diffusers as the research object; paper establishes a theoretical model according to jet
characteristics of the ceiling diffuser to solve the throw and make an experimental study of
jet characteristics. Finally, the paper uses mathematical models to calculate and analyze jet
characteristics.
Laboratory is equipped with air supply system and testing system. There are three air
supply methods in the air supply system, including sidewall air supply，ceiling air supply and
floor air supply. The design air volume of supply system is 0~4000m3/h. Testing system is
mainly flow test device and the terminal wind speed testing device. Flow test equipment is a
Mean Velocity Tube Flowmeter, total uncertainty of which is ±4.12%. Wind speed testing
device consists of universal anemometer probe and the Agilent data logger, total uncertainty
of which is ± 0.092m/s.
Paper verifies a theoretical model to discribe the jet of a ceiling diffuser. Experiments
show that theoretical model is well consistent with the experimental results. Compared
values calculated by the model with experimental results, the maximu m error of impinging
point is 0.10m, and the maximum error of throws was 3.10%. The maximum error of throws
between values calculated by empirical formula and experimental value is 9.17%. Applicate
the mathematical model to analysis the jet, and we find that the throw of the jet is mainly
affected by wind speed and size of the air inlet, and the jet axis orbit is mainly affected by
installation distance from ceiling.
Jet characteristics and envelopes of square ceiling diffusers are obtained by experiments.
The results show that: Jet cross-section gradually changes from the flat into a semi-circular,
and through a period of air entrainment, the jet cross section becomes flat again.The spread
and drop of square ceiling diffuser increase linearly with the increase of the wind speed. The
larger the dimension of a diffuser, the longer its spread and drop are. The maximum drop of
square ceiling diffuser is 0.87m in the experimental conditions, so that the jet forms a good
wall attachment jet under the ceiling. The axial velocity measured by experiments through
III
dimensionless transformation, axial velocity dimensionless values of 4 square ceiling
diffusers are well described by a single straight line, all within the curve calculated in the a
as 1.16, 1.94. The coefficient of square ceiling diffusers resistance is a good linear
relationship with their dimension.
The research results improve the jet theory and jet data of square ceiling diffuser, and
provide a theoretical basis for further research about ceiling diffuser non-isothermal jet.
Key Word：Square ceiling diffuser, Isothermal jet, Jet characteristics,
Throw, Jet axial velocity
IV
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 .................................................................................................................1
§1.1 课题的提出 .......................................................................................................1
§1.2 送风口等温射流研究现状 ...............................................................................2
§1.3 散流器特性及其环境实验研究现状 ...............................................................3
§1.3.1 国内研究现状 .........................................................................................3
§1.3.2 国外研究现状 .........................................................................................5
§1.4 研究目的与内容 ...............................................................................................6
第二章 吸顶散流器平送风射流数学模型建立 .............................................................7
§2.1 射流基本理论 ...................................................................................................7
§2.1.1 径向自由紊动射流 .................................................................................7
§2.1.2 贴附射流 .................................................................................................8
§2.1.3 冲击射流 ...............................................................................................10
§2.1.4 工程常用计算式 ...................................................................................11
§2.2 吸顶散流器平送风数学模型建立及分析 .....................................................14
§2.2.1 吸顶散流器送风的特点 .......................................................................14
§2.2.2 吸顶散流器平送风射流运动机理分析 ...............................................15
§2.2.3 吸顶散流器平送风数学模型建立 .......................................................16
§2.2.4 吸顶散流器平送风数学模型分析 .......................................................21
§2.3 小 结 ...............................................................................................................23
第三章 空气分布器性能实验室设计及参数测量 .......................................................24
§3.1 空气分布器实验室设计依据 .........................................................................24
§3.1.1 设计依据标准介绍 ...............................................................................24
§3.1.2 空气分布器实验室设计要求 ...............................................................25
§3.2 空气分布器性能实验室送风系统设计 .........................................................26
§3.2.1 空气分布器性能实验室设计方案 .......................................................26
§3.2.2 实验室送风系统设计 ...........................................................................28
§3.3 空气分布器性能实验室测量系统设计 .........................................................34
§3.3.1 系统风量测量装置设计 .......................................................................34
V
§3.3.2 系统风量测量装置性能实验 ...............................................................37
§3.3.3 射流微风速测量装置设计 ...................................................................40
§3.3.4 射流微风速测量装置性能实验 ...........................................................42
§3.4 实验室参数测量的误差分析 .........................................................................44
§3.4.1 间接误差传递理论 ...............................................................................44
§3.4.2 系统风量测量误差分析 .......................................................................46
§3.4.3 射流微风速测量误差分析 ...................................................................48
§3.5 小 结 ...............................................................................................................49
第四章 吸顶散流器平送风数学模型验证及射流特性研究 .......................................50
§4.1 实验方案设计 .................................................................................................50
§4.1.1 实验对象和目的 ...................................................................................50
§4.1.2 实验内容和工况 ...................................................................................51
§4.1.3 实验测点布置及测试方法 ...................................................................52
§4.2 方形吸顶散流器辅助段性能实验及数学模型验证 .....................................56
§4.2.1 辅助段性能实验结果及分析 ...............................................................56
§4.2.2 方形吸顶散流器送风气流数学模型验证实验结果及分析 ...............58
§4.3 方形吸顶散流器送风气流特性实验及分析 .................................................61
§4.3.1 方形吸顶散流器射流边界特性实验结果及分析 ...............................61
§4.3.2 方形吸顶散流器轴心速度特性实验结果及分析 ...............................66
§4.3.3 方形吸顶散流器动力特性实验结果及分析 .......................................69
§4.4 方形吸顶散流器平送风气流模型应用及特性研究 .....................................70
§4.4.1 不同参数下方形吸顶散流器射程特性计算及分析 ...........................70
§4.4.2 不同参数下方形吸顶散流器射流轴心轨迹计算及分析 ...................73
§4.5 小 结 ...............................................................................................................75
第五章 结论与展望 .......................................................................................................77
§5.1 结 论 ...............................................................................................................77
§5.2 有待继续研究的内容 .....................................................................................79
参考文献 .........................................................................................................................80
附件 .................................................................................................................................83
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................85
致 谢 .............................................................................................................................86
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
§1.1 课题的提出
随着经济的发展和生产力的进步，人们越来越重视生活环境和节约能源。空
调设计的首要目的是为空调房间的工作或生活人员提供一个适宜的热舒适环境和
可接受的空气质量品质。在保证舒适、健康的前提下，追求系统节能的最大化。
对于安装空调系统的既定建筑，在短期或长期影响空调效果的因素中，空气分布
末端及其空气特性尤其值得关注。在空调或通风房间，适宜的空气分布是影响工
作区热舒适性和空气质量的重要因素。研究资料表明，影响室内给定点的空气流
速和温度的主要因素是[1]：①送风口出口风速；②送风温差；③送风口的几何形状
和位置；④排风口的位置；⑤房间的几何形状；⑥房间表面温度；⑦各种热源(如
人体)的位置、分布和散热量；⑧室内的扰动(如人的活动，开窗通风等)。
以上影响因素中，送风口及其射流特性是影响室内气流分布和空调系统效果
的重要因素。国内厂家从上世纪七十年代末开始生产定型空气末端至今，风口末
端的种类、数量、材质等方面均已日趋丰富，设计和生产都有了很大的提高，但
也带来了新的问题：不同的风口类型，其射流规律有所不同，相关的手册或参考
文献[2-3]中针对单个类型送风口或新型送风口的射流资料没有或叙述不够充分，使
得暖通工程师在设计或施工过程中显得无据可依。
目前，送风口按形式分类主要有：百叶风口、散流器、喷口、条缝型风口、
旋流风口、孔板风口、专用风口等[3]。其中，以吸顶散流器的应用最为广泛，吸顶
散流器又可以分为圆形吸顶散流器、方形吸顶散流器、矩形吸顶散流器、圆盘吸
顶形散流器等。吸顶散流器主要以贴附射流的形式送风，但关于散流器射流轴心
速度、扩散宽度、下降距等射流特性规律的研究，目前较少见到有关的报道，或
缺乏相关的技术数据，从而给设计或施工带来了不便。
本课题针对上述的一些问题，与风口末端生产厂商合作，将搭建空气分布器
性能测试实验室，所建实验室将满足大部分风口的射流特性实验。课题并将进一
步选择散流器中应用广泛的方形散流器作为研究对象，根据散流器的送风特点，
建立散流器等温送风的射流模型以求解散流器送风射程，并通过实验对其进行验
证；同时实验获得不同尺寸方形散流器等温工况下不同喉部风速的射程、下降距、
扩散宽度和压力损失等气流特性及其规律，为工程师在设计或施工中提供依据。
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作者：牛悦
分类：高等教育资料
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时间：2025-01-09
