本發(fā)明屬空氣凈化裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種基于環(huán)流場異型風(fēng)道除霾裝置及其制造方法。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，空氣的污染變成了重災(zāi)區(qū)，我國大部分地區(qū)的霧霾天數(shù)增多，現(xiàn)在不僅是局部室外空氣污染嚴(yán)重，城市整體上空的空氣都有嚴(yán)重的污染，因此空氣的凈化被人們越發(fā)重視了。霧霾，是霧和霾的組合詞。霧霾常見于城市。中國不少地區(qū)將霧并入霾一起作為災(zāi)害性天氣現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警預(yù)報，統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。霧霾是特定氣候條件與人類活動相互作用的結(jié)果。高密度人口的經(jīng)濟(jì)及社會活動必然會排放大量細(xì)顆粒物，一旦排放超過大氣循環(huán)能力和承載度，細(xì)顆粒物濃度將持續(xù)積聚，此時如果受靜穩(wěn)天氣等影響，極易出現(xiàn)大范圍的霧霾。霧和霾相同之處都是視程障礙物。霧與霾的形成原因和條件卻有很大的差別。霧是浮游在空中的大量微小水滴或冰晶，形成條件要具備較高的水汽飽和因素。霧氣看似溫和，里面卻含有各種對人體有害的細(xì)顆粒、有毒物質(zhì)達(dá)20多種，包括了酸、堿、鹽、胺、酚等，以及塵埃、花粉、螨蟲、流感病毒、結(jié)核桿菌、肺炎球菌等，其含量是普通大氣水滴的幾十倍。與霧相比，霾對人的身體健康的危害更大。由于霾中細(xì)小粉粒狀的飄浮顆粒物直徑一般在0.01微米以下，可直接通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入支氣管，甚至肺部。所以，霾影響最大的就是人的呼吸系統(tǒng)，造成的疾病主要集中在呼吸道疾病、腦血管疾病、鼻腔炎癥等病種上。同時，灰霾天氣時，氣壓降低、空氣中可吸入顆粒物驟增、空氣流動性差，有害細(xì)菌和病毒向周圍擴(kuò)散的速度變慢，導(dǎo)致空氣中病毒濃度增高，疾病傳播的風(fēng)險很高。目前，普遍采用的空氣凈化裝置雖然在一定程度上解決了除霾問題，但上述裝置普遍存在風(fēng)道進(jìn)口風(fēng)壓小，邊界阻力大，除霾效率不高等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種凈化效果理想，風(fēng)道進(jìn)口風(fēng)壓大，邊界阻力小，除霾效率高，適用范圍廣，兼容性強(qiáng)的基于環(huán)流場異型風(fēng)道除霾裝置及其制造方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

基于環(huán)流場異型風(fēng)道除霾裝置包括工作倉、擴(kuò)風(fēng)口、異型風(fēng)道、軸流風(fēng)機(jī)、過濾器、離心風(fēng)機(jī)、引風(fēng)風(fēng)道及溶液吸收裝置；所述異型風(fēng)道、過濾器、離心風(fēng)機(jī)、引風(fēng)風(fēng)道及溶液吸收裝置固定設(shè)于工作倉內(nèi)；所述離心風(fēng)機(jī)設(shè)于引風(fēng)風(fēng)道的入口端；所述引風(fēng)風(fēng)道的出口端伸入溶液吸收裝置的過濾液體中；所述擴(kuò)風(fēng)口的出風(fēng)口經(jīng)軸流風(fēng)機(jī)與異型風(fēng)道的入風(fēng)口相通；所述過濾器固定設(shè)于異型風(fēng)道的出風(fēng)口；所述擴(kuò)風(fēng)口1采用喇叭口結(jié)構(gòu)。

作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述異型風(fēng)道2x,y,z三個方向的剖面閉合曲線高斯擬合函數(shù)：

式中待估參數(shù)ymax、xmax和s分別為高斯曲線的峰值、峰值位置和半寬度；

將x1軸剖面形成的閉合曲線分為10個特征點(diǎn)，f(x1)、f(x2)、f(x3)、f(x4)、f(x5)及f(x6)為變量坐標(biāo)；x軸向各個閉合曲線的數(shù)學(xué)模型：

將y1軸剖面形成的閉合曲線分為8個特征點(diǎn)，g(y1)、g(y2)、g(y3)及g(y4)為變量坐標(biāo)；y軸向各個閉合曲線的數(shù)學(xué)模型：

將z1軸剖面形成的閉合曲線分為7個特征點(diǎn)，k(z1)、k(z2)及k(z3)為變量坐標(biāo)；z軸向各個閉合曲線的數(shù)學(xué)模型：

上述基于環(huán)流場異型風(fēng)道除霾裝置的制造方法，系將異型風(fēng)道、過濾器、離心風(fēng)機(jī)、引風(fēng)風(fēng)道及溶液吸收裝置固定設(shè)于工作倉內(nèi)；離心風(fēng)機(jī)設(shè)于引風(fēng)風(fēng)道的入口端；所述引風(fēng)風(fēng)道的出口端伸入溶液吸收裝置的過濾液體中；將擴(kuò)風(fēng)口的出風(fēng)口經(jīng)軸流風(fēng)機(jī)與異型風(fēng)道的入風(fēng)口相通；在異型風(fēng)道的出風(fēng)口處設(shè)置過濾器；所述異型風(fēng)道x,y,z三個方向的剖面閉合曲線采用高斯擬合構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并通過solidworks構(gòu)建出3d模型，在經(jīng)cfd計算后，通過fluent模擬出相關(guān)測試參數(shù)；閉合曲線高斯擬合函數(shù)：

式中待估參數(shù)ymax、xmax和s分別為高斯曲線的峰值、峰值位置和半寬度。

本發(fā)明凈化效果理想，風(fēng)道進(jìn)口風(fēng)壓大，邊界阻力小，除霾效率高，適用范圍廣，兼容性強(qiáng)。

本發(fā)明通過調(diào)整進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)，使進(jìn)來的風(fēng)可以最大截面積和均勻分布通過過濾。通過前面軸流風(fēng)輪過來的風(fēng)，在這個風(fēng)道中可以達(dá)到調(diào)整進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)和附面層，進(jìn)一步調(diào)整進(jìn)風(fēng)風(fēng)向和均態(tài)分布，使其能以最小的阻力更大的面積與后面的過濾器交接。對風(fēng)道進(jìn)口及其風(fēng)向調(diào)整角進(jìn)行處理，具有旋流的環(huán)流場進(jìn)風(fēng)口，使本發(fā)明進(jìn)口風(fēng)壓增大，同時減少了氣體在風(fēng)道種的附面層系數(shù)(即減小邊界阻力)。由于風(fēng)進(jìn)口處為增壓減速區(qū)，流體質(zhì)點(diǎn)受到與主流方向相反的壓差作用；靠近壁面的質(zhì)點(diǎn)由于流體粘性作用，速度較之主流中心處要小得多；在反向壓差和粘性力的共同作用下，速度逐漸減小，并在處附面層分離，隨后出現(xiàn)與主流方向相反的流動即產(chǎn)生渦旋。對于漸擴(kuò)管，雷諾數(shù)或擴(kuò)張角愈大，渦旋區(qū)范圍愈大，位置愈靠前；對于突擴(kuò)，雷諾數(shù)的大小對渦旋區(qū)位置和大小的影響不明顯，起決定性作用的是形狀。因此，優(yōu)化漸擴(kuò)段的方法主要是破壞或延遲附面層的分離，并降低它的強(qiáng)度和大小。

不同風(fēng)速下單元模塊通風(fēng)量、進(jìn)排氣pm2.5/pm10濃度表

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2-1、圖2-2、圖2-3、圖2-4、圖2-5、圖2-6及圖2-7為本發(fā)明異型風(fēng)道x軸剖面圖；

圖3-1、圖3-2、圖3-3、圖3-4及圖3-5為本發(fā)明異型風(fēng)道y軸剖面圖；

圖4-1、圖4-2、圖4-3及圖4-4為本發(fā)明異型風(fēng)道z軸剖面圖；

圖5為本發(fā)明異型風(fēng)道立體圖。

圖中：1、擴(kuò)風(fēng)口；2、異型風(fēng)道；3、過濾器；4、軸流風(fēng)機(jī)；5、離心風(fēng)機(jī)；6、引風(fēng)風(fēng)道；7、溶液吸收裝置；8、工作倉。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，基于環(huán)流場異型風(fēng)道除霾裝置包括工作倉8、擴(kuò)風(fēng)口1、異型風(fēng)道2、軸流風(fēng)機(jī)4、過濾器3、離心風(fēng)機(jī)5、引風(fēng)風(fēng)道6及溶液吸收裝置7；所述異型風(fēng)道2、過濾器3、離心風(fēng)機(jī)5、引風(fēng)風(fēng)道6及溶液吸收裝置7固定設(shè)于工作倉8內(nèi)；所述離心風(fēng)機(jī)5設(shè)于引風(fēng)風(fēng)道6的入口端；所述引風(fēng)風(fēng)道6的出口端伸入溶液吸收裝置7的過濾液體中；所述擴(kuò)風(fēng)口1的出風(fēng)口經(jīng)軸流風(fēng)機(jī)4與異型風(fēng)道2的入風(fēng)口相通；所述過濾器3固定設(shè)于異型風(fēng)道2的出風(fēng)口；所述擴(kuò)風(fēng)口1采用喇叭口結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述異型風(fēng)道2x,y,z三個方向的剖面閉合曲線高斯擬合函數(shù)：

式中待估參數(shù)ymax、xmax和s分別為高斯曲線的峰值、峰值位置和半寬度；

將x1軸剖面形成的閉合曲線分為10個特征點(diǎn)，f(x1)、f(x2)、f(x3)、f(x4)、f(x5)及f(x6)為變量坐標(biāo)；x軸向各個閉合曲線的數(shù)學(xué)模型：

將y1軸剖面形成的閉合曲線分為8個特征點(diǎn)，g(y1)、g(y2)、g(y3)及g(y4)為變量坐標(biāo)；y軸向各個閉合曲線的數(shù)學(xué)模型：

將z1軸剖面形成的閉合曲線分為7個特征點(diǎn)，k(z1)、k(z2)及k(z3)為變量坐標(biāo)；z軸向各個閉合曲線的數(shù)學(xué)模型：

上述基于環(huán)流場異型風(fēng)道除霾裝置的制造方法，系將異型風(fēng)道2、過濾器3、離心風(fēng)機(jī)5、引風(fēng)風(fēng)道6及溶液吸收裝置7固定設(shè)于工作倉8內(nèi)；離心風(fēng)機(jī)5設(shè)于引風(fēng)風(fēng)道6的入口端；所述引風(fēng)風(fēng)道6的出口端伸入溶液吸收裝置7的過濾液體中；將擴(kuò)風(fēng)口1的出風(fēng)口經(jīng)軸流風(fēng)機(jī)4與異型風(fēng)道2的入風(fēng)口相通；在異型風(fēng)道2的出風(fēng)口處設(shè)置過濾器3；所述異型風(fēng)道2x,y,z三個方向的剖面閉合曲線采用高斯擬合構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并通過solidworks構(gòu)建出3d模型，在經(jīng)cfd計算后，通過fluent模擬出相關(guān)測試參數(shù)；閉合曲線高斯擬合函數(shù)：

式中待估參數(shù)ymax、xmax和s分別為高斯曲線的峰值、峰值位置和半寬度。

進(jìn)口流體風(fēng)道增壓設(shè)計及優(yōu)化是本發(fā)明的核心，為增加裝置的處理氣量，充分利用過濾有效面積以提高空氣凈化效果，同時考慮到裝置的重心和安裝的協(xié)調(diào)性，對進(jìn)風(fēng)口和風(fēng)道進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。其主要改進(jìn)是：在原有基礎(chǔ)上進(jìn)氣口前增加了喇叭口集氣裝置，目的是增大進(jìn)氣量和進(jìn)氣風(fēng)壓；前端采用流線型弧面設(shè)計加大迎風(fēng)面，減低風(fēng)阻；在進(jìn)氣口增加一個軸流被動式葉輪，將進(jìn)氣進(jìn)行擴(kuò)散，避免進(jìn)氣流直接沖擊過濾器局部；進(jìn)一步加大過濾器傾角至30度以增大有效接觸面積；進(jìn)氣口設(shè)置由圓變方的螺旋狀擴(kuò)口通道，使氣流直達(dá)過濾層，避免過濾腔室內(nèi)形成湍流和渦流，減少壓力損失。流體風(fēng)道采用solidworks軟件建立的幾何模型，經(jīng)導(dǎo)入gambit軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，運(yùn)用ansysfluent仿真軟件對風(fēng)道流場進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

針對x,y,z三個方向的剖面閉合曲線我們可用高斯擬合原理為此風(fēng)道構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并通過solidworks構(gòu)建出3d模型。在通過cfd計算后，通過fluent模擬出相關(guān)測試參數(shù)，以達(dá)到設(shè)計要求。

閉合曲線擬合公式為：

設(shè)有一組實(shí)驗數(shù)據(jù)(xi,yi)(i＝1,2,3,...)可用高斯函數(shù)描述

式中待估參數(shù)ymax、xmax和s分別為高斯曲線的峰值、峰值位置和半寬度信息，上式兩邊取自然對數(shù)，化為

令

lnyi＝zi，

并考慮全部試驗數(shù)據(jù)，則(3)式以矩陣形式表示為

簡記為

z＝xb(5)

根據(jù)最小二乘原理，構(gòu)成矩陣b的廣義最小二乘解為

b＝(x^tx)^-1x^tz(6)

再根據(jù)(6)式求出待估參數(shù)ymax、xmax和s，得到(1)式高斯函數(shù)的特征參數(shù)，求得此曲面的閉合曲線方程。

參見圖2-1、圖2-2、圖2-3、圖2-4、圖2-5、圖2-6及圖2-7所示,圖2-1、圖2-2、圖2-3、圖2-4、圖2-5、圖2-6及圖2-7為從x1到x6依次為流場風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口到出風(fēng)口的x軸向剖面圖。

從正切向看進(jìn)口的流場有旋流和湍流，而且流速偏低離散型大，逐漸通過此風(fēng)道流場后旋流和湍流明顯減少，而且局部中心出風(fēng)口的風(fēng)壓增加，更加有利于后面各部分過濾器的除霾效果。

根據(jù)x軸各個剖面圖，依次針對各個曲面的特性及分布特點(diǎn)，找出相應(yīng)的特定坐標(biāo)點(diǎn)，所述x1截面圖由于離進(jìn)風(fēng)口最近，基本形狀還是接近于圓形，但由于后面尾部的側(cè)旋作用及偏離導(dǎo)致其截面為多曲線環(huán)閉而成的異性曲線，其特征曲線分為10個有效的特征點(diǎn)，變量坐標(biāo)如f(x1)，依次往下形變和側(cè)旋而形成了f(x2),f(x3)。

由于流場出口需要偏置后以方形端面，并以正向垂直輸出增壓氣流，從而流道上相關(guān)曲面變化而使得風(fēng)向偏轉(zhuǎn)從而達(dá)到理想輸出要求，依照此要求后面形成了f(x4),f(x5),f(x6)的變量坐標(biāo)。在根據(jù)閉合曲面方程(1),求解得出x軸向各個閉合曲線的數(shù)學(xué)模型。

x軸剖面圖所描述的曲線為f(x)＝{xi|yi}(i＝0，1,2，……)

參見圖3-1、圖3-2、圖3-3、圖3-4及圖3-5所示，圖3-5為本發(fā)明y軸整體剖面圖。圖3-1、圖3-2、圖3-3及圖3-4從y1到y(tǒng)4依次為流場風(fēng)道從左至右的截面圖。

根據(jù)y軸各個剖面圖，依次針對各個曲面的特性及分布特點(diǎn)，找出相應(yīng)的特定坐標(biāo)點(diǎn)，所述y1剖面圖為風(fēng)道最左側(cè)面截面圖，向右依次為y2,y3,y4,其形狀是由于前置的軸流風(fēng)機(jī)帶動的風(fēng)流進(jìn)入后形成旋流式前進(jìn)，這樣在通過特性風(fēng)道的設(shè)計可以調(diào)整風(fēng)向和增大風(fēng)壓，從而可以減少湍流的形成。為此我們將y1軸剖面圖形成的閉合曲線有8個有效特征點(diǎn)，變量坐標(biāo)如g(y1)，依次往下形變和側(cè)旋而形成了g(y2),g(y3)和g(y4)。在根據(jù)閉合曲面方程(1),求解得出y軸向各個閉合曲線的數(shù)學(xué)模型。

參見圖4-1、圖4-2、圖4-3及圖4-4。圖4-4為本發(fā)明z軸整體剖面圖。圖4-1、圖4-2及圖4-3為從z1到z3依次為流場風(fēng)道從上至下的截面圖。

根據(jù)z軸各個剖面圖，依次針對各個曲面的特性及分布特點(diǎn)，找出相應(yīng)的特定坐標(biāo)點(diǎn)，所述z1剖面圖為風(fēng)道最頂面截面圖，向下依次為z2,z3。在k(z1)頂部剖面圖上有7個有效特征點(diǎn)，但在(4,5,6)上個點(diǎn)出有明顯的內(nèi)凹處，其作用可以在旋流時調(diào)整風(fēng)向角，使其可以垂直吹入下一個過濾設(shè)備。隨著向下底面向前延伸，使來風(fēng)能最大面積的與過濾設(shè)備相接觸，其閉合曲面坐標(biāo)為k(z2),k(z3)。在根據(jù)閉合曲面方程(1),求解得出z軸向各個閉合曲線的數(shù)學(xué)模型。

本發(fā)明在使用時，外部空氣經(jīng)擴(kuò)風(fēng)口及軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)入異型風(fēng)道，經(jīng)過濾器過濾后，由引風(fēng)風(fēng)道送入溶液吸收裝置的過濾液體中。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。