空气管道出口处的负压问题

在风机出口管道出口处,我们发现了负压现象。 这一发现曾引起不小的反响。许多人和我们讨论 (或书面交流)这一问题,也有一些研究单位和高等 院校专门做实验进行测试,来验证这一现象。现就 这一问题的发现、产生机理等内容,作一综合性论 述。

    1　负压问题的发现

在风机管道空气流动实验中,发现风机出口管 道终端出现负压现象。尤其在风机出口管道终端安 装上合适的扩散管时,出口管道终端出现的负压现 象更为显著。空气从直管流出时,终端管口负压达 上百帕;空气从扩散管流出时,管口负压达千余帕。 风机出口管道终端负压现象的发现,打破了传统的 风机管道内压力分布理论,改变了人们长期形成的 风机出口管道终端不会出现负压的观念。

风机进、出口直管内的压力分布示意如图1所 示。人们通常认为,风机进口管道内的压力分布均 在负压区,不会出现正压;而风机出口管道内压力分 布均在正压区,不会出现负压。1—1为风机进口断 面,2—2为风机出口断面,3—3为风机出口管道与 大气直接相通断面,4—4为风机进口管道与大气直 接相通断面,O—O为风机进口管道前相当距离的 空间断面,O′—O′为风机出口管道后相当距离的空 间断面。通常认为,4—4断面处的空气静压力就是 外界环境压力,即大气压p4;3—3断面处的空气静 压力也是外界环境压力,即大气压p4。在管道内, 空气流动要消耗能量,从而造成空气压力损失。从 4—4断面至1—1断面,空气静压力由大气压p4沿 管道逐渐降低,即压力按负压值递增变化,压力分布 均在负压区。从2—2断面至3—3断面,空气静压 力沿管道逐渐降至大气压p4,压力按正压值递减变 化,压力分布均在正压区。但我们在实验中发现,从 2—2断面至3—3断面,空气静压力沿管道虽然在 逐渐降低,但不是降至大气压p4为止,而是继续降 低,即在风机出口管道终端产生负压区,如图2所 示。

    2　风机的全压及其用途

    2·1　风机的全压

风机的全压是风机的基本性能参数之一。风机 的全压是指单位体积气体流过风机时实际获得的能 量,它等于单位体积气体在风机出口与进口两处所 具有的能量之差。 如图2所示,风机进口1—1断面处的空气静压 力为p1,Pa;平均流速为v1,m/s;出口2—2断面处 的空气静压力为p2,Pa;平均流速为v2,m/s。考虑 到风机中空气压力增加不大,视空气密度ρ为常 数,故风机的全压H为

式(1)中,风机的全压取决于管道特性曲线与风 机工况特性曲线的交汇点。在风机全压值一定的条 件下,风机的Hs与Hd是可以相互转化的。