具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种通风系统管网水力平衡特性的分析方法，该分析方法可应用于通风系统管网设计之初、或对现有通风系统管网进行改进和调节等工况，该分析方法包括：

步骤101，获取设计风量下的与各个局部阻力管件相应的各局部阻力系数与流量的关系式，其中，局部阻力管件包括弯头、三通构件。

本实施例中，各个局部阻力管件为拟设计的通风系统中的弯头、三通构件等部件。由于实际通风系统管网受安装空间的限制，管网中局部阻力管件的局部阻力系数表现出与管道流量的相关性，故本实施例通过获取局部阻力系数与流量的关系式，以使获取的局部阻力系数较设计手册中数据更符合实际工况。

具体地，步骤101包括步骤1011-步骤1012：

步骤1011，采用三维流场模拟软件对设计风量下的各个局部阻力管件进行模拟仿真计算，得到各个局部阻力管件的局部阻力系数随局部阻力管件的入口流量变化的数据。

可选地，步骤1011包括：

采用ANSYS CFX软件中的RNGκ-ε模型对设计风量下的各个局部阻力管件进行模拟仿真计算，并采用流量入口、开放式出口，以及非滑移非渗透粗糙壁面的方式设置模拟计算域的边界条件，其中，局部阻力管件的入口流量设置为包含设计流量在内的流量区间；

根据模拟仿真计算结果中各个局部阻力管件的入口截面和出口截面的平均总压及式(1)-式(3)，计算得到各个局部阻力管件的局部阻力系数随局部阻力管件的入口流量变化的数据，

式(1)-式(3)为

ΔP_total＝P_total,入-P_total,出 (2)

其中，V为流体速度，Q为体积流量，L为流道尺寸，P为平均总压，P_total,入为入口截面的平均总压，P_total,出为出口截面的平均总压，ρ为流体密度，ξ为局部阻力系数。

本实施例中，ANSYS CFX软件是一款高端的、通用的三维流场模拟软件，当然也可以使用其他三维流体动力学软件进行局部阻力管件的模拟计算，以获取局部阻力系数随局部阻力管件的入口流量变化的数据。本实施例中采用六面体结构化网格对各个局部阻力管件进行空间离散，并按照指数增长规律对近壁面网格进行加密处理，例如，近壁面第一层网格高度Δs＝1.0mm，其中，加密处理指增加网格数量，从而提高模拟计算的精度。根据拟设计的通风系统管网的实际情况，使用流量入口(Mass Flow Inlet)、开放式出口(OpeningOutlet)以及非滑移非渗透粗糙壁面(Rough Wall)的方式，设置模拟计算域的边界条件。例如，开放式出口的背压统一设为标准大气压(1atm，25℃)，壁面绝对粗糙度为1mm。计算使用不可压缩模型，流体介质为空气(1atm，25℃)，密度1.185kg/m³，动力粘度18.31×10-6Pa·s。此外，入口流量的设置除了考虑模拟对象(即局部阻力管件)自身的设计流量，还应考虑使模拟结果具有一般性。因此，对于弯头结构设定入口流量在一定范围内变化，即入口流量为某一流量区间，该流量区间包含设计流量(例如设计流量为1000立方米/小时，入口流量为1000立方米/小时-3000立方米/小时的区间内变化)。在模拟三通构件的流动时，设定干路风道为设计流量，将支路风道流量进行大范围变化，与干路流量形成变化的流量比，以使模拟结果包含三通的设计流量，又可按覆盖不同流量比的三通工作范围，以得到流量分配比率与局部阻力系数变化的模化关系，即三通构件的入口流量设置为包含设计流量在内的流量区间。

如上设置完参数后，用CFX软件进行模拟仿真计算，输出流量、压力等模拟计算结果。从模拟计算结果中，对于弯头分别提取入口和出口截面的平均总压，按式(1)～式(3)计算流体的能量损失，得到弯头结构局部损失系数随入口流量变化的数据，例如，当模拟计算结果中的入口流量为1000立方米/小时，根据模拟计算结果中相应的总压及式(1)～式(3)，计算出对应的局部阻力系数为4；当入口流量为2500立方米/小时，计算出对应的局部阻力系数为1.2。对于三通构件分别提取三通干管入口、三通支管入口和三通出口截面的平均总压，并按式(1)～式(3)分别计算来自不同入口的流体能量损失，得到三通结构局部损失系数随入口流量变化的数据。

步骤1012，对各个局部阻力管件的局部阻力系数随局部阻力管件的入口流量变化的数据进行拟合，得到各个局部阻力管件相应的各局部阻力系数与流量的关系式。

本实施例中，为使局部阻力系数与流量的关系更具一般性，对步骤1011中得到的局部阻力系数随入口流量变化的数据进行拟合处理，得到两者的关系式。

可选地，步骤1012包括：对弯头的局部阻力系数随弯头的入口流量变化的数据，采用雷诺数Re做自变量，绘制Re与局部阻力系数的关系，得到弯头相应的局部阻力系数与流量的关系式；对三通构件的局部阻力系数随三通构件的入口流量变化的数据，采用三通构件的干管入口与其支管入口的雷诺数之比Re2/Re1做自变量，绘制Re2/Re1与局部阻力系数的关系，得到三通构件相应的局部阻力系数与流量的关系式。

本实施例中，对某直角弯头的局部阻力系数随入口流量变化的数据进行拟合，即采用雷诺数Re做自变量绘制Re与局部阻力系数的关系，得到如图2所述的直角弯头的阻力特性。由图2可知，随着湍流发展到不同阶段，损失系数随Re的变化规律约在Re＝4×10⁵时发生显著变化，较低Re时损失系数分布可由幂函数拟合，较高Re时损失系数则近似为常数。对某直角三通构件的局部阻力系数随入口流量变化的数据进行拟合，采用干管入口与支管入口的雷诺数之比Re2/Re1做自变量绘制Re2/Re1与局部阻力系数的关系，得到如图3所述的三通构件的阻力特性。由图3可知，数据分布可由三次多项式方程进行高精度拟合，得到局部阻力系数ξ。

步骤102，对通风系统进行建模，并将各局部阻力系数与流量的关系式赋值给通风系统模型中相应的局部阻力管件，并计算得到通风系统模型中各支路的风量和压力。

可选地，步骤102包括步骤1021-步骤1023：

步骤1021，确定通风系统中的关键设备，并获取关键设备的阻力特性，关键设备包括过滤器、阀门、加热器、风机。

本实施例中，根据拟设计的通风系统管网的设备、管道的组成，确定管网系统中的关键设备，并对通风系统管网进行适当的简化，将通风系统中直管路部分简化为阻力元件。搜集通风系统管网中关键设备的阻力特性、风机的性能曲线。

步骤1022，采用一维流体仿真软件(如Flowmaster软件)对通风系统进行建模得到通风系统模型，通风系统模型包括直管路简化得到的阻力元件、关键设备、局部阻力管件。

本实施例中，在Flowmaster中将搜集到关键设备的阻力性能建模，同时将步骤101中用ANSYS CFX软件模拟计算得到的局部阻力管件的阻力特性也进行建模，为后续通风系统建模中选择不同部件的阻力特性提供选择。

步骤1023，将获取的关键设备的阻力特性赋值给通风系统模型中的关键设备，并将局部阻力系数与流量的关系式赋值给通风系统模型中相应的局部阻力管件，设置压力边界条件进行模拟计算，以得到通风系统模型中各支路的风量和压力。

本实施例中，在Flowmaster中建立通风系统相应的模型，并设置各关键设备、局部阻力管件的性能，具体为选择各关键设备、局部阻力管件相对应的阻力特性，根据通风系统功能设置边界条件进行计算，一般设置压力边界条件进行通风系统模型的压力和风量模拟计算，计算得到通风系统模型各支路的流量和压力。

步骤103，判断通风系统模型中各支路的风量是否满足设计要求，在判断结果为各支路的风量不满足设计要求时，调节风管尺寸或风管形状、阀门开度、风机特性，直至通风系统模型中各支路的风量满足设计风量。

可选地，步骤103：判断模型中各支路的风量是否满足设计要求，具体包括：判断通风系统模型中各支路的风量与设计风量的差值是否小于预设阈值，预设阈值为第一比例与设计风量的乘积，当各支路的风量与设计风量的差值小于或等于预设阈值时，判断结果为各支路的风量满足设计要求。

本实施例中，将通风系统模型各支路的风量计算结果和设计风量进行比较，对于模拟计算风量与设计风量相差比较大的，例如两者相差＞10％，认为通风系统模型设计不符合设计要求，需要调整通风系统模型的阻力特性以满足模拟计算风量与设计风量的差值在合理范围内，第一比例通常设置为±10％。对于风量偏大的支路，增加该支路的阻力以减少风量，调整措施包括减小支管尺寸、减小阀门开度；对于风量偏小的支路，减小该支路的阻力以增大风量，调整措施包括增大支管尺寸、加大阀门开度；针对以上调整措施，在Flowmaster中对通风系统模型进行相应模型调整，然后进行模拟计算。对于风机选型过大或过小的情形，存在无法通过调整风管尺寸和阀门开度来达到设计风量的情况，这时就要对风机重新选型，即在Flowmaster中对风机特性曲线进行重新定义，然后再进行模拟计算，直到通风系统模型满足设计风量为止。

本实施例的通风系统管网水力平衡特性的分析方法，通过采用三维流场模拟软件对设计风量下的局部阻力部件进行局部阻力系数的模拟计算，得出较设计手册更加符合实际工况的阻力系数，然后将该阻力系数输入一维流体水力计算软件进行水力计算，相比于现有方案的人工测算，能更为精确的模拟计算通风系统管道的水力工况，直观的展现通风系统水力平衡的可调节性能，保证设计达到预期效果；在模拟计算的基础上，能提供直接的调节手段和方法，指导调试工作，减少后期调试工作量；也能得到同分管道系统准确的系统阻力，为合理选择风机压头提供依据，使所选风机工作在高效工作区域，从而节约运行能耗，降低运行成本。

实施例2：

本实施例提供一种通风系统管网的设计方法，包括：根据实施例1所述的通风系统管网水力平衡特性的分析方法得到风管尺寸或风管形状、阀门开度，以及风机特性，从而得到通风系统管网。

实施例3：

本实施例提供一种通风系统管网的调节方法，应用于对根据设计手册中的局部阻力系数设计的通风系统管网进行调节，调节方法包括：根据实施例1所述的通风系统管网水力平衡特性的分析方法得到风管尺寸或风管形状、阀门开度，以及风机特性，从而调节通风系统管网，以使调节后的通风系统管网能工作在高效工作区域，节约运行能耗。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。