[发明专利]低阻力方形弯头

说明书

技术领域

本发明涉及一种通风空调的局部构件，尤其是一种低阻力方形弯头。

背景技术

弯头属于改变流体流向的管件，在弯曲的管路中，由于流体的转弯，出现了从曲率中心向管子外弧面的离心力，这就使得流体从管道的直线段过渡到弯曲管段(在拐弯结束前)时，外弧面的压力增高而内弧面的压力降低。所以，在外弧面处流体的流速将减小，而在内弧面处流体的流速相应地增大。因此，在外弧面附件出现扩散效应，而在靠近内弧面处出现收缩效应。流体从弯曲管段过渡到直管段(拐弯后)时，又有相反的现象发生，即内弧面附近产生扩散效应，外弧面附近产生收缩效应。扩散效应使得流体脱离壁面，同时弯曲管段流体由于惯性而流向外弧面的运动更加剧了从内弧面的分离。

流体在弯管中流动，所受离心力与流速平方成正比，故高流速区处的离心力要大于近壁面处的离心力。此力矩使水流在弯管横断面上生成了二次环流(涡对)。即形成所谓的涡流副。它附加在和管路轴线平行的主流上，使流线具有螺旋形状，水流的此螺旋形态并不局限于弯管本身，还延续于弯管后一定长度的直线管段上。弯管局部阻力便是由于上述弯管水流结构中的这2种现象：(1)弯管内弧面上的涡旋。(2)弯管与直管相接处的二次涡旋，如图1所示。由于边界层脱离形成的涡流区流动与轴向流动在交界面处有较强的动量交换，消耗了主流的能量，形成了弯管的局部阻力损失。其中内弧面处形成的涡旋起主要作用，它基本上决定了弯管的阻力及弯管后一定直管段上流场的形变。实验表明，涡流区域越大、旋涡强度越大，局部阻力损失也越大。二次流动则对弯管轴向流速的再分布起着重要作用，该再分布过程消耗一次流动的能量，增长了弯管局部阻力损失。内弧面形成的涡流与二次流一起基本上决定了转弯后管道速度分布的特点。这些由弯管中流动形成的能量消耗，影响空间远不限于弯管本身，而是扩展到弯管的上、下游。弯管对上游的影响最远影响至1-2倍管径，下游则影响至5倍管径。

过去人们在通风空调系统中主要运用的是普通弯头，如图3所示，由于普通弯头入口和出口面对称，所以普通弯头不分入口与出口。同时，由于普通弯头的内弧面半径过小、弧面较小，使得流体在经过它的时候产生一个负压、高流速的涡旋区域。这个涡旋区域本身会造成很大的阻力，同时它还会使得在流体在经过弯管后产生一个大的涡旋区。而这两个涡旋区又直接导致流体通过时的阻力增加。换而言之，普通弯头的内弧面是导致流体经过弯头时阻力增加的主要部位。

近年来出现了一些同时供冷供热的热回收系统，如中国专利，专利号为ZL95102932.0所公开的一种具有导叶的弯头，再如中国专利，公开号为CN101315194所公开的一种烟道弯头。他们内部都有导叶，通过导叶对流体的导流将弯管内弧面处的涡旋消除，从而达到减小阻力的作用。但是由于其需要再弯管中添加导叶片，其制造和安装相对复杂，造价也会相对较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种低阻力方形弯头，该弯头的独特设计同时消除了流体在经过弯头内弧面时产生的涡旋区；和流体在弯管与直管相接处产生的涡旋区。从而最终达到减小流体经过弯管时的阻力。

为了实现上述目的，本发明提供的低阻力方形弯头，包括弯头入口端与出口端，沿该入口端与出口端连接段设有内弧面与外弧面，其特征在于：在所述内弧面与入口端连接段设另一内弧面，构成两段过渡连接内弧面；该两段过渡连接内弧面与所述外弧面及两个侧面连接，形成一个矩形通道。

所述两段过渡连接内弧面为第一内弧面与第二内弧面，且第一内弧面沿第二内弧面的弧面延伸与入口端相连。

所述第一内弧面的半径与弧长大于外弧面的半径与弧长；外弧面的半径与弧长大于第二内弧面的半径与弧长；且第一内弧面的圆心在入口端断面的延长面上；第二内弧面的圆心在出口端断面的延长面上。

由以上可见，本发明首先通过第一内弧面对贴近内弧面处的入流流体进行减速和缓慢变向，使流体缓缓通过可能产生负压、高速涡旋区的前半部分内弧面。在流体经过前半部分内弧面后为了令流体快速转向，第二内弧面的的半径与弧长都较小。这就使得流体经过弯管后不在与弯管相接部分形成涡旋。从而同时消除弯管内弧面处的涡旋与流体经过弯管后产生的涡旋，如图2所示。从而达到较小阻力的作用。

本发明同现有技术相比，无需通过在弯头中添加导叶对流体的导流作用来消除弯头内弧面处的涡旋，从而达到减小阻力的目的。其制造和安装相对简单，成本低，便于推广应用。

附图说明

图1是普通弯头内流场示意图；图2是本发明低阻力方形弯头内流场示意图；图3是现有的方形弯管示意图；图4是本发明低阻力方形弯头示意图。

具体实施方式