一种圆形文丘里强化通风装置的制作方法

本实用新型涉及一种圆形文丘里强化通风装置，该装置适用于办公、住宅、工业厂房、公共餐饮厨等各类建筑空间的环境控制。

背景技术：

近年来，随着化石能源日益枯竭和环境问题的日益严重，人们逐渐把目光投向了可再生能源的开发利用上。太阳能资源以其储量无限、完全清洁的独特优势越来越受到人们的重视，而太阳能烟囱作为一项新技术在强化通风领域有着广泛的应用前景。

太阳能烟囱是一种利用热压差来实现通风强化的装置，通风强化效果取决于太阳辐射量的强弱，若太阳辐射量较弱，太阳能烟囱的强化作用就会被大大削弱。现有技术中通常采用增加风机设备来解决以上问题，但这样会增加装置的复杂程度，系统的可靠性降低，且会增加运行成本。因此，需要寻找一种新的方式来解决太阳辐射量较弱时太阳能烟囱通风量不足的问题。

中国专利201210216839.X在太阳能烟囱顶部设置一个横向的文丘里管，文丘里管喉部与太阳能烟囱的出口相连，室外空气流经文丘里管时在喉部产生负压，可对太阳能烟囱内的空气产生抽吸效应进而强化通风，然而室外空气流向的变化会严重影响该装置的性能。中国专利201620248193.7在 201210216839.X的基础上，将诱导风管固定在文丘里管上方，延长了文丘里管与主导风向平行的时间，但仍无法保证文丘里管随时平行于主导风向。此外，对以上两个专利:由于文丘里管与太阳能烟囱中的流体分别沿水平方向及竖直方向流动，两股流体由于流向不同在接触时会造成多余的能量损失；当室外没有明显的空气流动时横向设置的文丘里管不仅无法产生抽吸效应，还会对烟囱内纵向气流的流动造成不利影响，因而以上两个专利中的装置对太阳能烟囱通风效果的提高仍然有限。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于，提出一种高效节能的圆形强化通风装置，通过对现有太阳能烟囱结构的改进，以简单结构强化太阳能烟囱在太阳辐射较弱时的通风能力，并保证该装置的强化效果不随外界气流流向、流速等条件的改变而减弱，从而在节能的基础上，实现建筑空间高效、稳定的强化通风。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术解决方案予以实现：

一种圆形文丘里强化通风装置，包括渐缩段、直线段、渐扩段，所述渐缩段为一锥形管，包括第一入口和第一出口，所述渐缩段的横截面面积随第一入口至第一出口处逐渐减小；所述渐扩段为一锥形管，包括第二入口和第二出口，所述渐扩段的横截面面积随第二入口至第二出口处逐渐增大；所述第一出口与直线段的一端相连接，直线段的另一端与第二入口相连接；

所述渐缩段、直线段、渐扩段的横截面为圆形，其中第一出口和第二入口的横截面积均与直线段的横截面积相等。

进一步地，所述直线段的侧表面包括四个部分，每个部分对应的圆心角均为45°，四个部分包括两个不锈钢板面、一个集热墙面、一个透明玻璃面，其中透明玻璃面和集热墙面相对设置。

进一步地，集热墙面的厚度为100-200mm，透明玻璃面的厚度为3mm，直线段的内径D为400-500mm，L₃/D的范围为4-6，其中L₃为直线段的长度。

进一步地，所述渐缩段相对的两个侧边的夹角α₁的取值范围为40°-65°，渐缩段的长度L₁的取值范围为400-600mm。

进一步地，所述渐扩段相对的两个侧边的夹角α₂的取值范围为10°-20°，渐扩段长度L₂的取值范围为1400-1800mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：

烟气在通过本实用新型装置时，依次流经渐缩段、直线段和渐扩段，基于文丘里效应，烟气在渐缩段内流动，动压压头(速度压头)不断增加，静压压头不断减小，当流经喉部时，流速变为最大，静压压力也随之达到最小值`，进而在喉部形成一定的真空度，致使后续空气被吸入渐扩段内。因此在原有密度差驱动空气上升的基础上，文丘里型强化通风装置通过文丘里效应进一步提高了通风能力，从而解决了原有太阳能烟囱在太阳辐射量不足时通风能力较弱的问题，且该装置的对通风能力的提高幅度不会随外界气流流向、流速等条件的改变而降低。此外，相对原有太阳能烟囱，文丘里型强化通风装置抽吸能力更强，应用于含杂质较多的烟气、高炉煤气等时，不易发生堵塞现象，稳定性更强。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2(a)是渐缩段主视图；图2(b)是渐缩段左视图；图2(c)是渐缩段俯视图；

图3(a)是渐扩段主视图；图3(b)是渐扩段左视图；图3(c)是渐扩段俯视图；

图4(a)是直线段主视图；图4(b)是直线段左视图；图4(c)是直线段俯视图；

图5是本实用新型的通风量与渐缩角角度α₁关系图；

图6是本实用新型的通风量与渐阔角角度α₂关系图；

图7是本实用新型的通风量与渐缩段长度L₁关系图；

图8是本实用新型的通风量与渐扩段长度L₂关系图；

图9是本实用新型的通风量与L₃/D关系图；

图10是本发明实施例压力分布云图；

图中标号代表为：1—渐缩段；2—集热墙面；3—直线段；4—透明玻璃面；5—渐扩段。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1

本实施例提供了一种矩形文丘里强化通风装置，如图1所示，包括渐缩段1、直线段3、渐扩段5，所述渐缩段1为一锥形管，包括第一入口和第一出口，所述渐缩段1的横截面面积随第一入口至第一出口处逐渐减小；所述渐扩段5为一锥形管，包括第二入口和第二出口，所述渐扩段5的横截面面积随第二入口至第二出口处逐渐增大；所述第一出口与直线段3的一端相连接，直线段3的另一端与第二入口相连接；

本实施例中的各连接处均采用玻璃胶密封缝隙，以防止通道内空气向外渗透。

所述渐缩段1、直线段3、渐扩段5的横截面为圆形，其中第一出口和第二入口的横截面积均与直线段3的横截面积相等。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，为了使实施例1能够用于太阳能烟囱，所述直线段3的侧表面包括四个部分，每个部分对应的圆心角均为45°，四个部分包括两个不锈钢板面、一个集热墙面2、一个透明玻璃面4，其中透明玻璃面4和集热墙面2相对设置。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上，集热墙面2的厚度为100-200mm，透明玻璃面4的厚度为3mm，直线段3的内径D为400-500mm，L₃/D的范围为4-6，其中L₃为直线段3的长度。

所述渐缩段1相对的两个侧边的夹角α₁的取值范围为40°-65°，渐缩段 1的长度L₁的取值范围为400-600mm。

所述渐扩段5相对的两个侧边的夹角α₂的取值范围为10°-20°，渐扩段 5长度L₂的取值范围为1400-1800mm。

如图5、6、7、8、9可以看出，本实施例的矩形文丘里强化通风装置的通风量与α₁、α₂、L₁、L₂、L₃/D的关系

本实施例取角度α₁＝40°、角度α₂＝10°、渐缩段长度L₁＝400mm、渐扩段长度L₂＝1400mm、L₃/D＝4、集热墙处热流密度Q₁＝400W/m²，进行数值模拟结算，得到具有文丘里结构的太阳能烟囱在最佳结构参数下，集热墙处热流密度为400W/m²时的通风量(质量流量g₁＝0.1174kg/s)及压力分布云图，如图10，压力分布云图体现了新型太阳能烟囱内部的压力分布，可以看出在直线段区域形成了明显的负压区，从而可以产生抽吸效果并提高了整个太阳能烟囱的通风能力。

对比例：

将文丘里结构的太阳能烟囱的渐缩段与渐扩段均改为直管结构，两段直管结构内径与喉部内径相同，其余条件不变，重新进行数值模拟，得到该烟囱内烟气的质量流量g₂＝0.1017kg/s，将该质量流量与具有文丘里结构的太阳能烟囱在最佳结构参数下的质量流量g₁＝0.1174kg/s相比，可以看出具有文丘里结构的太阳能烟囱由于内部存在文丘里效应，在同样的工况下其质量流量比原有的直管式太阳能烟囱高出15.44％。

改变文丘里型强化通风装置与步骤4中所述直管式太阳能烟囱热流密度的取值，其余条件不变，重新进行数值模拟，检验不同工况下具有文丘里结构的太阳能烟囱对通风效果的强化能力。

表1不同工况下文丘里型强化通风装置与直管式太阳能烟囱通风能力对比

将集热墙处热流密度、具有文丘里结构的太阳能烟囱的烟气质量流量、直管式太阳能烟囱的烟气质量流量分别用Q、G₁、G₂表示，设η＝(G₁-G₂)/G₂，模拟结果如表1所示。由表1可以看出，在不同工况下，相比于原有的直管式太阳能烟囱，具有文丘里结构的太阳能烟囱可将烟气的质量流量提高 14.60％-18.39％。