(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211072677.7 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市大 学路1号中国 矿业大学科研院 (72)发明人 王勇　古傲林　刘伟鑫　张亚军　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 李悦声 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种直角 转弯空腔导流叶片系统的最优设 计方法 (57)摘要 本发明公开了一种直角 转弯空腔导流叶片 系统的最优设计方法， 属于建造与能量损失测量 技术领域。 用于正方形空心楼板， 楼板相邻两条 边上分别开有进风口和出风口， 在进风口和出风 口形成直角转弯风道以增加气体流量； 计算出风 道总压力损失与导流叶片张开角、 导流叶片方位 角之间的参数关系， 在使总压力损失尽量小的前 提下通过上述参数关系确定导流叶片张开角、 导 流叶片方位角的最佳数值。 通过微积分 ‑流体力 学耦合思想推导直角转弯空腔内总压力损失与 导流叶片数量、 位置、 尺寸的关系， 并引入边界层 理论确定流体与管壁分离时的位置， 以确定导流 叶片的最佳尺寸。 其步骤简单， 理论依据强， 设计 效果好。 权利要求书5页 说明书12页 附图3页 CN 115544680 A 2022.12.30 CN 115544680 A 1.一种直角转弯空腔导流叶片系统的最优设计方法， 其特征在于： 用于正方形空心楼 板， 其中正方形空心楼板相邻两条边上分别开有进风口和出风口， 在空心楼板内设置导流 叶片从而使进风口和出风口之 间在楼板内形成直角转弯 风道以增加气 体流量； 通过计算出 风道总压力损失与导流叶片张开角、 导流叶片方位角之间的参数关系， 在使总压力损失尽 量小的前提下通过上述参数关系确定导流叶片张开角、 导流叶片方位角的最佳数值； 其中 通过导流叶片张开角、 导流叶片方位角可分别得知导流叶片的最佳长度、 最佳位置， 通过导 流叶片张开角与流体 ‑壁面分离时的偏转角之 间的大小关系， 对导流叶片张开角约束 上限， 避免取到无穷值； 具体步骤如下： 将空心楼板的进风口和出风口之间的风道等效为 四分之一 圆弧形结构的风道， 风道宽 度等同于进风口和出风口的宽度， 将四分之一圆弧形结构按照圆弧的圆心为原点， 此时将 导流叶片 两端边界在原 点O处产生的夹角定义为导流叶片张开角 α， 将导流叶片一端与水平 面夹角定义为导流叶片方位角 θ， 四分之一圆弧形结构形成的风道空腔 内设置导流叶片数 量为n， 由于体积流量不变， 流体的入口平均速度与出口平均速度、 入口初速度相等， 均以v 表示； 原点O距进风口左侧距离为R1， 原点O距进风口右侧距离为R2； 进风口截面的等流速当 量直径为D； 相邻导流叶片之间的距离Di； 进风口右侧距空腔 右边界距离为R3； 空心楼板的空 腔厚度及风道的厚度为b； 将风道按照角度0 ‑θ°的部分划分为区域A、 θ ° ‑α°的部分划分为区域B、 α ° ‑90°的部分划 分为区域C； 通过将区域A和区域C划分为多个微元弧， 计算每个微元弧上流体切应力随该微元弧上 流体速度变化趋势， 进 而计算流体在区域A和区域C的粘性压力损失； 通过对区域A和区域C划分微元弧的方法， 计算每个微元弧的转弯能量损失后进行积 分， 计算区域A和区域C的直角转弯能量损失； 通过区域A、 区域C各自粘性压力损失和直角转弯能量损失之和， 分贝计算区域A和区域 C各自的总压力损失； 通过将区域B划分为多个微元弧， 计算每个微元弧上转弯损 失与导流叶片存在时的有 压管流沿程损失， 进而进行积分以计算区域B直角转弯损失与管内沿程损失， 通过区域B总 压力损失等于直角转弯损失与管内沿程压力损失之和的关系， 从而计算区域B的总压力损 失； 将区域A、 区域B和区域C的总损失相加， 从而计算出四分之一圆弧形结构风道的腔内总 压力损失； 从而确认在进风口到出风口之间风道中存在因为转弯而在导流叶片各叶片之间形成 的边界层， 同时获得四分之一圆弧形风道的实际流场信息； 通过直角转弯管道内部边界层形成区域与管道直径、 管道转弯角度和风速之间的关 系， 根据腔内总压力损失计算出导流叶片张开角α与相邻导流叶片之间的距离Di和空腔入 口速度v间的约束关系， 最终通过导流叶片右下侧壁距离底边的角度θ确定导流叶片布置的最佳位置； 通过导 流叶片张开角乘以导流叶片半径α 获得导流叶片的最佳长度， 此外， 通过导流叶片张开角α 与相邻导流叶片之间的距离Di之间的约束关系可以确定相 邻导流叶片之间的最优距离Dad，权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115544680 A 2同时由于导流片最上、 下的叶片距离恒等于流体在入口端的宽度R2‑R1， 从而确定最优导流 片数量为 2.如权利要求1所述的一种直角转弯 空腔导流叶片系统 的最优设计方法， 其特征在于， 确定区域A和区域C的粘性压力损失步骤具体为： 在区域A和区域C中， 流体在压力作用下发生倾向于出口方向的转弯， 在转弯过程中， 由 于不受约束， 流体会向空腔 内部各处运动， 在粘性力的作用下在靠近空腔的四角分别形成 大小不一的涡旋， 这些涡旋是流体能量耗散的产物， 其与四分之一圆弧形风道的主流之间 存在的粘性力做功等同于粘性力能量损失的大小； 将区域A位于四分之一圆弧形 的主流风 道内夹角的区域设为 区域A2、 外侧设为 区域A1； 将区域C位于四分之一 圆弧形的主流风道内 夹角的区域设为区域C2、 外侧设为区域C1； 通过牛顿内摩擦定律确定所示的直角转弯空腔中， 区域A1流体内任意一点的切 应力与 速度梯度呈如下关系： vAr1＝ωAr1·rρ 式中： τA1表示流体中各流体质点之间的切应力，μ为动力粘度， vAr1表示在区域A1产生的 涡流中任一点速度， ωAr1表示涡绕涡心的旋转角速度， rρ为涡流的涡心距涡流中任意一点 的距离； 由将A1区域划分为多个微元环， 分别计算单个微元环的粘性力能量损失后积分得： 式中： W黏A1表示A1区域由粘 性力引起的能量损失； 式中b表示空腔的厚度， R2表示原点O距 入口右侧距离， 同理可 得， A2区的粘性力损失为： vAr2＝ωAr2·rρ 式中： τA2表示A2区域流体各流层之间的切应力， vAx2表示涡流中任一点速度， ωAr2表示权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115544680 A 3