换气技术

换气技术（精选7篇）

换气技术 篇1

前言

随着社会发展和生活水平的提高, 人们对穿戴要求越来越高, 穿着舒适, 且具有保健功能的鞋靴应运而生。

鞋靴的减震换气技术已有多年的发展历程, 目前主要有以下几种技术方案:一是材料弹性减震技术, 即依靠鞋底自身材料的伸缩来实现减震;二是鞋底内结构特征的变化产生对能量的吸收;三是减震器的应用, 即在鞋底内设置具有减震功能的器件。前两者的技术方案成本低、效果好, 但鞋款的设计需要进行相应的调整;后者减震器有气囊式、弹簧式、气泵式和气垫式, 使用灵活并具有减震换气功能, 但持久性较差。本研究涉及新型减震器的开发与应用。

1 基本概念

1.1 弹性减震胆

以SEBS (苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌共聚物, styrene-ethylene-butylenestyrene) 、环烷油、稳定剂、改性剂、纳米氧化硅、氧化钛为原料, 制作的两面具有中空柱状突起、且呈梯度排列的TPE (热塑性弹性体, thermoplastic elastomer) 弹性减震胆。

1.2 骨架式减震外壳

采用TPU (热塑性聚氨酯弹性体, thermoplastic urethane) 颗粒、复合纳米氧化物的功能母粒, 配以一定量的功能助剂, 采用注塑方法, 制作具有高强度骨架的弹性气囊。

1.3 弹性减震垫

以SEBS、环烷油、稳定剂、改性剂、纳米氧化硅、氧化钛、纳米抗菌材料为原料, 制作的单面具有中空柱状突起、呈梯度排列的的TPE橡胶弹性体。

2 减震换气技术原理

2.1 减震器结构

减震器外壳采用TPU、复合纳米氧化物功能母粒材料制作而成, 使骨架具有受力变形和失力反弹功能;减震胆采用不同高度的梯度中空弹性柱, 适应于不同重量受力过程的压缩, 见图1。

2.2 减震器受力吸能过程

腔囊式减震器立面图见图2, 其中F3>F2>F1。

2.3 减震器换气功能

大底的后部开有后泵槽, 后泵槽与鞋底侧面的出气孔连通, 后泵槽内安装有组合好的减震排气腔囊。在大底前掌设施凹槽, 安装弹性减震垫, 该凹槽与进气管连通, 在中底和鞋垫上设有进气孔, 使鞋内环境与大底腔连通, 实现排气功能, 见图3。

3 制作工艺

3.1 弹性减震胆、弹性减震垫制作工艺

(1) 选用SEBS为主料, 以环烷油、稳定剂、改性剂、纳米氧化硅、氧化钛为辅料。设定SEBS熔融温度为190~260℃, 将SEBS及辅料加入熔融。

设定注射压力, 使得物料足以在约1~5s的时间内充满流道系统和模腔。将最初的过渡压力调整到约为充满工件模腔所需注射压力的50%。同时设定最初充满流道系统最佳的时间约为0.5~1.5s, 完全充满模腔应再花1~5s时间。

(2) 设定冷却时间

根据壁厚及重叠模塑工件情况, 所需冷却时间为20~40s。制作工艺见图4。

3.2 骨架式减震外壳制作工艺

采用TPU颗粒、复合纳米氧化物功能母粒, 配以一定量的功能助剂, 在190~240℃温度范围内进行加工, 且塑化速度选择圆周速率不超过0.3m/s, 注射压力、保持压力100~1200bar。制作工艺见图5。

4 结论

当人们穿着填充式腔囊结构减震换气鞋行走时, 随着脚步的起落, 通过减震器能够自动进气、排气, 将鞋中湿气、浊气及过多的热量排出。由于减震器内填充了弹性减震胆, 且选取不同性能特点的高分子材料, 在制作过程中添加纳米改性材料及纳米功能材料, 能够保持弹性持久。

该技术结合人体步态在运动中达到了缓释以及多级减震的目的, 足底减震效果非常明显, 同时可以满足人们对动、静状态下保持鞋腔内环境干爽舒适的需求, 对人体产生积极的保健作用。

摘要：根据梯度力学原理设计的、主要用于鞋的后跟部位的填充式腔囊结构减震换气鞋, 具体包括弹性减震胆、骨架式减震外壳、进气管、气阀等。弹性减震胆为上下两层中空柱状结构, 骨架式外壳前端设有单向进气阀、侧面设有单向出气阀, 单向进气阀与进气管连通。当穿着者行走时, 随着脚步的起落, 通过减震装置能够自动进气、排气, 将鞋中湿气、浊气及过多的热量排出。由于该减震装置内填充了弹性减震胆, 且选取不同性能特点的高分子材料, 在制作过程中添加纳米改性材料及纳米功能材料, 可以保持弹性持久。

关键词：填充式,腔囊结构,减震换气技术,鞋类

参考文献

[1]金猴集团威海鞋业有限公司.一种鞋用换气气囊[P].ZL201010601260.2012

浅谈歌唱中“换气”的作用 篇2

“换气”是一种比较口语化、而且非常常见的词,但其在歌唱中的含义却有一定的特殊区别。歌唱中的换气是歌唱呼吸大标题中的一个重要且关键的关节部分,与呼吸有联系和区别。通俗的讲就是我们在唱一首音乐作品时一口气用光,需要停下来,重吸一口继续唱。

2 歌唱中的换气和呼吸

换气存在于声乐作品中的一个乐句或乐段中,一直在使用却一直被我们忽略,因为大多数人认为换气即呼吸,认为呼吸与换气没有本质区别。但仔琢磨后再看,换气真的可以等同于呼吸。毫无疑问答案是否定的,对于声乐作品中呼吸的重要性不言而喻。对于换气每个有鲜活的生命都在无意识间进行,它属于一种本能的活动过程,换气的过程自如且娴熟,但歌唱中的换气却要讲究的多,对于歌唱中的换气,有一定的要求,就是篇幅再短小的音乐作品,在演唱过程中也得借助于换气,歌唱中的换气与歌唱中的呼吸,它们二者有区别,更有联系。

2.1 区别

换气存在于歌唱整个呼吸的过程中,但换气是指呼与吸的交点,重要指吸;而呼吸是呼和吸有规律、有节奏交替循环的两种活动,在吸中建立歌唱状态,在呼中完成歌唱任务,所以说换气是建立良好歌唱状态的关键。

歌唱中的吸与呼是对立统一的矛盾体,正如沈湘教授所说:“歌唱就是呼的肌肉和吸的肌肉的对抗平衡,呼吸就是吸与呼的对抗产生的压力。”从歌唱的角度看,吸气之后就唱,唱完后又吸,是吸和唱的交替进行,换气则是在吸中完成,从这个意义上说,换气的好坏就是唱歌的的好坏,足以见得换气的重要性。

2.2 联系

换气就是歌唱呼吸大标题中的重要一部分,换气源于呼吸,存在于呼吸之间但不能等同于呼吸本身。换气和呼吸都是人的一种自然的生活本能,换气和呼吸运动是人体的一种自动的、有节律的运动。换气和呼吸从器官的生理表现来看,鼻、口、喉、咽、气管、支气管、肺、胸廓、横膈膜及腹部都参与运动,它们是吸气与呼气的有机循环。换气虽是歌唱中时间比例较少的环节,但是却是承上启下甚至影响整个呼吸状态的关键因素。

3 换气的分类

3.1 大换气和小换气

就是在演唱过程中根据自己对气息需要的控制大小。如果感觉对某一段演唱很吃力,就可以进行一口大换气,大换气通常、用于歌曲进行中有前奏、间奏、休止符的地方,以及一些稍慢、中速的抒情歌曲中。小换气则用于歌曲进行中间,利用顿挫处快速换气方法,多用于速度较快,情感激昂,节奏对比鲜明的歌曲当中。这两种换气比较简单,一般可在小节结束处、有间奏、休止符的地方换气。

3.2 抢气

是指在短促的时间内换气,必须快而稳,多用于乐句中间。换气时应注意设置好换气口;无休止符处缩短换气前音符的时值;气断情不断;掌握好换气的速度和时值;吸气不要过多。

3.3 小节换气

就是在歌曲的小节结束处进行换气,这样就会让演唱者更舒服的完成演唱。但要结合声乐作品才能更清楚的掌握小节换气。

4 声乐作品中的换气

换气是歌唱中十分重要的一环,换气不仅是支持歌唱气息的需要,也是表达情感的需要,歌唱中的换气看似简单,可它不仅直接关系到能否正确表达歌曲的内容和情感,也关系到能否出好的声音。

依据歌曲的具体情况,换气的时间有长短快慢。长的时候可以从容的换气,像闻花一样大口的换气,一般在一些速度稍慢的歌曲中或有间奏、休止的地方都可以有这样的换气。要想在声乐表演中娴熟地运用换气,必须进行有关的锻炼与练习,来逐渐增强气息的控制力。根据作品的需要,使其强便强,使其弱便弱。在演唱中,要具体情况具体对待。

5 换气与呼吸的综合训练

为了掌握歌唱的换气方法,必须进行长时间的呼吸练习。可根据不同的情况采用无声呼吸练习、有声练习与发声相结合的练习。每位歌唱者一定要充分理解和运用气息发声和气息控制的方法,因为在整个声乐功能系列中,歌唱气息是最重要的一环,是整个歌唱建筑的基础,因此必须明确气息的重要性,重视练好歌唱换气的基本功。

5.1 无声呼吸练习

就是按照吸气与呼气的方法和要求,只做呼吸运动而不发声。集中注意力去感觉呼吸器官的运动状态。无声练习有:1.快吸快呼:即踹气,可称为“蛤蟆气”,可体会和锻炼膈肌的弹力2.快吸慢呼和慢吸快呼则可体会和锻炼膈肌的控制力。

5.2 有声呼吸练习

顾名思义就是发出声音的练习,大致分为:(1)哼鸣练习,(2)顿音练习,(3)连音练习,(4)顿连结合练习。

5.3 发声相结合的练习

就是指平常进行的发声练习,这些练习是以各种音阶、音程同元音结合构成的,目的仍在于使歌唱者体会发声时掌握正确的呼吸方法。

5.4 做运动

如:跑步、游泳、跳绳等。这是最简单也最方便的锻炼项目,不受天气影响,任何情况下都能进行。水对肺部存在压力,能提升对呼吸机能的能力要求,所以游泳锻炼肺活量的效果比跑步还好,是目前适宜增强肺活量的最佳方式。跳绳不仅锻炼到肺部机能,还有利于增高,以及增强人体协调能力和灵敏度。

5.5 身心调理

静呼吸:将大拇指按住右鼻孔,慢慢地由左鼻孔吸入空气,当感觉肺部空气已经达到饱和再也吸不动时,用食指和中指把左鼻孔按住,使两边鼻孔都不能呼吸,屏气10秒钟再放开手指,呼气。下一次则轮到用右鼻孔吸气,方法同前,两边鼻孔轮流进行,各呼吸5次。

5.6 补充训练

它是建立在日常训练的基础上,是非常轻松和简单的训练。

5.6.1 打嘟噜练习

它是用气息推动双唇颤动发出一种“嘟嘟”的声音,这种练习最容易体会到呼吸对抗所产生的支点的感觉,易学易练。

5.6.2 数数练习

吸气后,弯下腰去,将气息保持三至五秒,身体慢慢直起,随之轻声数1、2、3、4、5、6、7、8、9......一直数到支持不住为止。

综上所述,良好的换气并非一朝一夕所能获得。歌唱者在练习时,不仅要在理论上真正理解换气对歌唱的重要作用,勤于思考,善于分析,而且还要坚持循序渐进的原则,持之以恒,反复练习,这样,才能不断掌握歌唱中换气的技巧,让换气这一源泉在歌唱中不断深化。

摘要：本文通过对换气进行分析和研究,在指出其重要性的同时并对换气与呼吸之间做了对比,发现换气源于呼吸,存在于呼吸之间但不能等同于呼吸本身,并对不同情景所相对应的不同换气方式做了归纳与总结,提出换气虽是歌唱中时间比例较少的环节,但是却是承上启下甚至影响整个呼吸状态的关键因素。

试论换气在歌曲演唱中的作用 篇3

关键词：换气,歌曲演唱,作用

在歌唱过程中, 换气是很重要的, 换气在歌唱中起着举足轻重的作用, 换气不正确就不会有好的气息, 气息与歌唱息息相关。由此可见换气对歌唱是多么的重要。针对换气与歌唱的关系、错误的换气影响声音的质量、换气在歌唱中的重要地位、情感表达的处理四方面谈谈换气在对于歌唱的重要性。

一、在歌唱中如何换气

1. 换气决定着发声。

换气作为人体的一项基本功能, 很多人认为换气只不过是气体的吸入和呼出。其实换气是维持生命的生理功能, 是辅助发声的一种技能。我们在发声时, 发声器官是会变化的, 例如声带振动、声带振动后产生语音。在歌唱过程中, 应该控制好气息, 保持声音统一、稳健。对气息的合理控制是歌唱者的基本功, 歌唱者在歌唱时若不能合理地运用气息, 歌唱者的机体 (特别是喉部的肌肉) 将会处于紧张的状态之中。这时歌唱者会由于不能较好地控制气流作用于声带所产生的力量, 那么他的声音就会聚集于喉腔之内而传不出去。所以歌唱时能较好地换气需要后天训练。对于不同的作品、应该单独地进行换气训练, 因为不同的作品要求换气是不同的, 对不同声乐作品所需要的歌唱时换气状态的掌握, 是歌唱者近乎完美歌唱的前提。不恰当的换气方法是很难完美表现歌唱的。因此, 在歌唱的过程中, 能否发出好的声音, 核心是换气方法。

2. 自然换气与歌唱相辅相成。

歌唱应该是对感情自然而然地流露, 是对感情顺畅、不做作的表达。歌唱应该在轻松、自然的情况下进行换气, 就如同和老朋友那样轻松、惬意地谈话。虽然歌唱应放松, 但歌唱换气并不像说话时呼吸那样随意。在歌唱时, 换气应有良好的精神状态和正确的呼吸姿势。每一位歌唱者换气应该在身体放松状态下进行, 歌唱时做好换气姿势。歌唱时正确的换气要做好如下几个方面:换气器官及肌群、发声器官及组织要保持适度;使口腔处于放松状态;两肩处于放松状态, 双臂应自然下垂;歌唱时应站姿自然, 腰背挺直。换气的精神状态和正确的换气意识具备了, 接下来就要在歌唱时有意识地换气。从心理学角度来观察, 歌唱时的换气可以分为无意注意换气和有意注意换气。专业演唱者的歌唱是有目的的, 在歌唱过程中所采取的一定是有意注意换气, 这就需要一定的基础。有意换气在歌唱过程中需要有意识、主动地去换气但是不需要在演唱过程中把注意力集中换气上。正确的练习气息是, 在做呼吸练习时, 先做好正确的演唱姿势, 胸肩松宽、身体伸直, 注意力集中, 眼望远处, 从内心到面的表情都充满情意, 然后深深地呼出一口气, 使胸部放松, 吸气时, 硬软腭提起, 口腔稍打开, 并与提眉动作配合, 后腰为主, 将腰围向外, 让空气自然地、顺畅地“流进”胸部也就自然有了开阔的感觉, 但向外呼气时不宜过深, 否则使胸、腹部僵硬、不协调, 影响发声音高的准确和灵动性, 吸气时不要有太大声响, 否则不仅影响歌唱的艺术效果, 还会使吸气不深沉, 影响气息的支持和流动。

在心理学中, 最理想的是在换气中有预定的、有目的的, 不需要自己强迫式的换气。在歌唱中最理想的换气状态就是无意注意换气, 最好的换气状态是, 将歌唱和换气结合在一起、二者相辅相成。有意换气方法, 其实是歌唱者在歌唱之前加以的换气训练, 记住换气的感觉, 并将这种感觉形成固化, 成为歌唱者歌唱时自觉运用的一种注意方式, 将有意注意换气形式在不自觉中形成为无意注意换气。一首歌曲通过换气技巧与发声来表达情感的歌唱应是在自然中形成的, 所以学习歌唱, 平时应加强对有意注意换气的练习, 这是歌唱者的基本功, 也是为更好地歌唱做准备。掌握了换气技巧, 你就可以用无意注意换气去歌唱了。在歌唱中将有意注意的换气自觉转化为无意注意的换气, 这才是最自然的换气。

二、错误的换气影响声音的质量

在学习声乐的过程中, 很少有人会意识到错误换气对声音质量的影响, 不正确的换气会使歌曲的完整性遭到破坏的, 使歌唱中出现一些例如紧张、呼吸急促等弊病。歌唱中的换气, 需要一些特殊的技巧, 如偷气、歇气、提气。偷气是在歌唱中利用字音的间歇迅速换气, 使音乐完整并达到与音色的统一, 在偷气中使听众感觉演唱连贯、一气呵成。歇气, 是使歌唱呈现出一种特殊意境, 减慢字音连接, 在歌曲中重点处理。提气, 是在歌曲演唱中根据需要, 采用迅速叹下后提气、延长换气的方法。

不正确的换气对于歌唱是危险的。在歌唱中采取较为科学的换气方式, 不仅能提高发声的技术, 还能使发声组织和器官损伤的系数降到最低。不正确的换气会使我们的声带受到冲击, 进而使我们的声带因用力过猛而使声带受伤, 严重的会造成声音的沙哑或失声, 使声带失去机能。因此作为一名歌唱者首先要学会用科学的方法进行换气, 以此来保护我们的嗓子。

三、换气在歌唱中的重要地位

1. 气息与发声歌唱的关系。

对歌曲演唱中的气息控制, 处于重要地位的是换气, 对一部歌曲作品能否完美地用歌唱形式将情感表达出来, 主要看演唱者能否对气息加以控制。有些学生在初学唱歌时, 为了有足够的气息, 在每唱一句之前都喜欢深深地吸一口气, 其实不是每个乐句都需要很多的气息。气息的供应和气息的需要是相互的, 气息过多, 有时会使歌曲演唱无法得到控制。在平衡气息时, 歌唱者要能合理地控制气息, 让歌唱富有流动感, 使气息自然而然地向前, 然后根据歌曲的需要改变歌唱的速度、音量, 使气息轻松、灵动, 气息越灵动、轻松, 所产生的歌唱效果就越好。控制好歌唱的气息, 歌唱的声音就越具有可塑性。歌唱时气息对于音准是有影响的。例如演唱《我的祖国》这首热烈、激昂的歌时, 演唱者对于祖国的热爱会使情绪激动, 声音越唱越大, 气息就会失控, 容易将歌曲声调唱高。演唱悲伤的歌曲时如《丹顶鹤的故事》这首歌时, 声音慢, 如果控制不好, 气息弱了, 声音就会低。所以说在歌唱发声时与气息是息息相关的, 应该高度重视。在歌唱中吐字、发音都需要气息, 没有好的气息就没有好的演唱。但是在演唱中不能有气无字, 也不可以光有字无音。

2. 换气是声乐艺术中占重要地位。

我们在歌唱中应该对问题的本质进行深入地研究。现在我国对歌唱, 普遍重视核心外的应用操作, 却忘记了对问题本身即核心的深入研究。所以说, 应对声乐的核心进行探讨。例如:在歌唱中应该怎样换气、如何在演唱中调整气息、在演唱中怎样运用技巧。笔者自身认为换气是在歌唱中居主要地位, 是歌唱中的核心。

3. 在换气中做好感情处理。

声乐艺术要求用歌声来表现人的喜怒哀乐, 用不同的音色来表现不同的感情, 如果对音色变化技巧的掌握不够, 那么在歌唱时歌声就会非常地平淡。每个人由于其生理结构的差别, 对声音本色和表情音色都是有差异的。加之各人对气息控制方法的不同, 对歌唱的效果也有着较大的影响。在歌唱舒缓的歌曲时, 我们所需的气息力度比较小, 我们能够自如地掌握换气, 在歌唱激昂的作品时气息则需强弱有致, 可时强时弱来表现作品所要表达的情景;在歌唱高亢、激昂的作品时, 我们需要充足有力的气息, 因而在歌唱时随着情感的变化气息也要不断地跟着加以变化。所以气息与感情处理的关系就是在气与声、气与字、气与腔、气与情的关系。

4. 换气运用的灵活性。

歌曲歌唱时需用长短、轻重、快慢、喜怒、哀乐等变化方式来表达情感。这些变化的方式都是由气来完成的, 并在合理、均匀的基础上才能发出悦耳动听的歌声。我国传统民族声乐将用气的灵活性概括为沉、弹、顿、停、揉、送、提、收几个字。例如“揉”气, 一般用在歌唱舒缓、含蓄的乐句中, 使歌曲表达比较内敛、优美, 而“提”气, 一般用在歌曲的高音区部分, 用来表达一种激昂高亢、挺拔坚毅的情绪。其他如送气、各种气息的处理都必须根据歌曲的情况而定, 灵活地处理气息的运用。在这些处理方法中, 气与气之间的转换就是换气的。在歌唱的情感表达中, 换气占有极为重要的地位。

科学而灵活的气息的融合能加大提升歌唱的效果, 能充分地处理歌唱者的情感表达, 使歌曲更加生动、感人, 也是歌唱者歌唱艺术的魅力所在。只有在歌唱中把握好气息的变换, 才能将歌曲的魅力境界达到最高境界, 就要把发声技巧、演唱形式以及情感的表现有机地结合起来, 这样才能呈现出最佳的境界。对于怎样吸和怎么呼, 是一件简单的事情, 但是在歌唱过程中我们应该做好换气, 只有这样歌唱才能流畅、融入感情, 才能使歌唱更加完美。

参考文献

[1]何思杰.浅谈如何完善歌曲演唱中的情感处理[J].现代企业教育, 2012, (05) .

[2]屈洪海.山西艺术高职音乐表演专业教学现状研究[D].石家庄:河北师范大学, 2012.

[3]徐海燕.浅谈流行歌曲演唱的风格与技巧[J].洛阳师范学院学报, 2004, (04) .

[4]李迪华.论歌曲演唱前的准备[J].清远职业技术学院学报, 2010, (02) .

[5]谯薇, 付国庆.歌唱技巧与情感表现的辩证关系——以歌曲《断桥遗梦》为例[J].艺术研究, 2011, (02) .

[6]赵明.内地三“十年” (1980-2010) 流行歌曲演唱研究[D].南昌:江西师范大学, 2011.

[7]管兵.谈歌曲演唱在发声过程中与气息的关系[J].贵州民族学院学报 (哲学社会科学版) , 2001, (01) .

建筑物内空调系统的换气方式 篇4

关键词：换气,空气调节,人均换气量

0 引言

随着时代的发展, 环保意识的加强, 人们对周围工作、生活的室内环境的污染问题越来越重视, 因此如何充分有效地对建筑物内的空气实行换气就显得非常必要了。所谓的换气就是指排出室内污染的空气, 吸入室外的新鲜空气。室内污染的空气主要是指由工作生活在建筑物内的人呼出的CO2, 由地板、墙壁和天棚等建筑材料散发的甲醛为代表的有毒化学物质, 以及从家具等散发出的有毒化学物质。由此使得室内的密闭空气环境受到很大的污染, 导致了传染性疾病及流行性疾病的发生率, 因此, 建筑物内能否充分有效地进行换气尤为重要。

1 换气方式的分类

广义上来讲, 换气方式主要分为自然式换气和机械式换气2种方式。所谓自然式换气 (图1) 是指利用窗、门的自然开启而进行的室内外通风换气。而更有效的是使用机械式换气, 最常见的为在厕所或水房、厨房等场所安装的换气扇而产生的空气流通。

而根据建筑物标准法的内容, 针对化学物质的发散采取的换气必须使用机械换气方式。

第1种, 强制吸气、排气方式 (图2) 。就是指吸气以及排气的两侧, 或者其中一侧使用机械 (送风机) 强制换气的方法。用机械同时进行吸气和排气可以使得室内的压力自由平衡, 办公大楼和大型店铺等几乎都使用这种方式。从节省能源的角度来看, 推荐采用全热交换器、新鲜空气交换器+换气扇、带直膨线圈的外部调节机等系统。

第2种, 强制吸气、自然排气方式 (图3) 。该种换气方式只用机械进行吸气, 目的是保持室内处于正压的状态中, 防止房间周围的污染空气或者灰尘进入室内, 例如医院的手术室等洁净度要求较高的房间为了保持室内的一定压力, 采用此方式。

第3种, 强制排气、自然吸气方式 (图4) 。该种换气方式只是强制的使用换气扇等进行排气的方式。从家庭、学校到小型办公室和店铺都被广泛采用。此时的吸气为利用间隙和门等的开闭进行自然换气。厕所、换洗室等局部的排气也为此种方式, 此时室内处于负压的状态。

2 换气量的计算方法

在建筑物施工相关法规和暖通空调规范中详细规定了建筑物内换气标准及换气量。主要分为对人们呼出的CO2进行有效换气和对于有毒化学物质散发的有害气体的换气。对于CO2的换气因建筑物的构造不同, 换气的方式也不同, 对于有能开启的窗户或门的房间可以直接进行自然换气, 现在住宅和小型店铺、学校等几乎都是采取自然换气的对策。而对于有毒化学气体的换气与建筑物的构造没有关系, 住宅、办公室和各种店铺等必须安装机械换气设备, 并保证不同的换气次数, 以此有效地对室内污染空气进行换气。

2.1 换气次数

所谓的换气次数就是指某一房间内的空气每小时进行几次换气。例如换气次数0.5次/h是指1 h进行半次 (即2 h进行1次) 的交换空气。

换气次数=换气量/房间的容积

吸气量和排气量不同时, 用它们当中大的数值做为换气量, 如图5所示。

2.2 人均换气量

人均换气量是计算换气量的基本依据。此数值在建筑物标准法中被规定为一般人均换气量为20～30 m3/h, 但因人的运动量而改变。我们在此探寻一下其确定的理论根据。人均的必要换气量V (m3/h) 以起居室内的CO2浓度为基准, 计算如下:

式中M——人均的CO2发生量 (m3/h·人) ;

K——起居室内的CO2容许浓度, 为0.001 m3/m3;

K0——外气的CO2浓度, 一般为0.000 3 m3/m3。

为了不使因人的呼吸而吐出的CO2的浓度过高, 起居室的换气量有规定。其基准就是人均换气量。

2.3 换气量的计算式

一般的房间都是以人为对象来进行换气量的计算, 因此基本都是由人均换气量和在室人数来决定换气量。

方法1:可以从人均占有面积N (m2) 中求取换气量。

式中A——地板面积 (m2) 。

即人均换气量乘以在室人数就是换气量。人数 (p) 就是地板面积 (A/m2) 除以人均占有面积 (N/m2) 。

方法2:从人均换气量S (m3/h) 和收容人员p (人) 中求取换气量。

V (m3/h) =S (m3/h·人) ×p (人)

重点是人均换气量为多少。可以参考前项的计算式和建筑物标准法中的列表。一般为20～30 m3/h·人。此数值对换气来说, 越大越好。但是对空调负荷来说增大了, 所以考虑到节省能源, 还是使用建筑物标准法的数值为最佳, 如表1所示。

方法3:从房间的必要换气次数n (次/h) 中求取换气量。

V (m3/h) =n (次/h) ×A (m2) ×h (m)

在这种计算方法中, 应该注意以下2点:

(1) 应确保以下换气次数。针对存在化学物质散发的房间, 采取的住宅等起居室的换气次数为0.5次/h, 其他一般起居室为0.3次/h以上。

(2) 学校环境卫生标准所规定的换气次数。

3 空调机组的换气方式

3.1 给气/排气风扇

仅是用给气风扇把相当换气量的外气导入室内的方法, 由于外气和室内温度差可以感觉到换气, 室内空调机负责处理外气负荷 (图6) 。用机械换气导入外气的特点: (1) 吹出口有通风的感觉; (2) 室内空调机为了处理外气的负荷增大容量; (3) 与空调机组没有关系, 空调机可以随意进行ON/OFF。

3.2全热交换器

全热交换器是为了能够使排气和给气进行热交换, 从而进行热回收的一种省能源型的机器 (图7) 。该种换气方式的特点是: (1) 把排气的60%～70%进行热回收是省能源的第一种机械换气; (2) 外气负荷的30%～40%由室内机负担; (3) 与空调机组没有关系, 空调机可以随意进行ON/OFF。

3.3用室内空调机组进行混合换气

混合导入的外气 (给气) 和室内的排气, 用空调机冷却和加热空气并吹出调和后的空气。市场上常见的四方向/两方向天棚形和天吊形也安装外气导入口 (图8) 。该种换气方式的特点是: (1) 混合外气 (给气) 和排气; (2) 用空调机处理混合空气; (3) 室内空调机为了处理外气负荷增大容量; (4) 只在空调机ON时导入外气。

3.4外气处理机

只处理外气的空调机。有普通的空气导入机种 (对应订货生产的商品) 和对应多联机的高级空气导入机种 (图9) 。该种换气方式的特点是: (1) 可以处理100%的外气 (冷却减湿、加热加湿) ; (2) 没有室内空调机的外气负荷负担; (3) 与空调机组没有关系, 空调机可以随意进行ON/OFF。

4 结语

本文主要通过对换气方式的分类、换气量的计算方法和空调机组的换气方式的论述, 为广大设计人员和施工安装人员提供了一些空调上的常用的换气方式的介绍, 为大家将来在对建筑物换气方面进行设计、施工时提供一些参考和借鉴。

参考文献

[1]赵荣义, 范存养, 薛殿华, 等.空气调节.第3版.北京:中国建筑工业出版社, 1994

[2]日本冷冻空调学会.冷冻空调技术 (空调篇) .日本:日本冷冻空调学会出版社, 1999

[3]日本冷冻空调学会.冷冻空调技术 (冷冻篇) .日本:日本冷冻空调学会出版社, 2000

猪舍通风换气与猪的呼吸道病 篇5

1 发病季节

在寒冷的冬季, 为了满足猪生长对温度的需要, 给猪群提供一个温暖的生活环境, 无疑是一个积极的措施。然而在猪舍被捂的严严实实密不透风后, 舍内温度自然是提高了, 猪舍里不几天却传来了一波又一波的咳嗽声。走进猪舍, 一股刺鼻的气味夹杂着潮湿、闷热的空气扑面而来。圈里饲料狼籍一片, 猪漠然地伏卧着, 腹部波浪似的一起一伏。这是由于通风不良导致猪群中爆发了呼吸道疾病。

而在炎热的夏天, 由于密闭圈舍, 通风设施不到位, 圈舍通风不良, 圈内闷热, 空气污浊也易导致猪群呼吸道疾病的发生。

2 发病原因

猪呼吸道疾病是由多因素、多病源共同作用的结果。该病多发于冬春气候突变的育肥猪群和成年猪群。过冷、过热、早晚温差过大均可导致猪呼吸道疾病的发生。调查发现, 以咳嗽为主要表现的呼吸道疾病不同程度地存在于农户饲养的猪群中, 然而通风不良往往是导致猪呼吸道病爆发的根源。

正常情况下, 上呼吸道是许多共栖微生物的天然寄生处。这些共栖微生物有:猪肺炎支原体、猪鼻支原体、猪呼吸道和繁殖障碍综合症病毒、猪圆环病毒-Ⅱ型、猪流感病毒、猪伪狂犬病毒、呼吸道冠状病毒、猪瘟病毒、猪传染性胸膜肺炎放线杆菌、猪多杀性巴氏杆菌、猪副嗜血杆菌、支气管败血波氏杆菌、链球菌等病毒、细菌、支原体和衣原体。

当猪舍通风不良时, 由于猪舍内空气污浊, 空气中具有生物活性的粉尘和圈内积聚的粪尿散发出来的有毒害的气体 (氨气和硫化氢等) 刺激猪的上呼吸道粘膜发炎抵抗力降低, 上呼吸道内共栖微生物的比例失调, 非致病性的微生物变为致病性的微生物而导致呼吸道疾病的发生。

3 危害

猪群一旦爆发呼吸道疾病, 猪群的采食量降低, 饲料利用率明显下降, 生长速度减缓, 出栏时间推迟, 免疫力降低, 伤亡率加大, 导致养殖失败。因此要获得良好的生产成绩, 必须要有健康的猪群。皮之不存, 毛焉附之。没有健康的猪群, 就不可能有良好的生产性能, 没有良好的生产性能, 就不可能有理想的效益。

然而, 人们总担心在寒冷的季节, 通风换气的同时, 也降低了畜舍内的温度, 舍内温度的降低意味着生长速度的减慢。

4 改进措施

实践证实, 通风条件良好的圈舍, 空气中有毒害的气体和具有生物活性的粉尘含量少, 舍内空气清新, 猪有舒适感。猪群活泼健壮, 食欲旺盛, 皮毛光亮, 抵抗力强, 即使舍内温度较低, 猪的生长速度慢一些, 但对于由圈舍通风不良而导致发生猪呼吸道疾病后引起的生长减缓及饲料浪费所造成的损失来说, 由于其呼吸道病发生的几率降低, 相对来说猪群更安全、效益更好些。而对于冬季不能进行良好通风换气的密闭圈舍内饲养的猪来说, 由于猪群反复发生呼吸道疾病而导致养殖失败甚至亏损。

饲养实践证实, 单纯的低温对猪的健康并没有影响。只有当生物病原体存在并有气温的剧烈变化时, 才会引起病原体数量和动物抵抗力的改变而发生呼吸道疾病。生产中, 育肥猪最适宜的生长温度是15～20℃, 在保温圈舍内, 当舍温为17℃时, 由于没有或不能进行合理的通风换气, 而爆发了呼吸道疾病。而在保温措施一般、避风向阳能够进行合理通风的普通圈舍内, 尽管舍内温度只有5℃, 但育肥猪群却安然无恙。因此在生产实践中为了追求养殖的效益, 首先要保证猪群的健康, 故而应在保证猪舍内饮水不结冻的情况下, 需要保持畜舍环境温度的相对恒定既可。而更重要的一点, 必须要重视畜舍的通风换气。固然通风换气能使舍内的温度降低, 为尽量减少其负面影响, 一方面必须杜绝穿堂风, 穿堂风可使舍内温度骤然下降, 对猪群造成冷应激。不利于猪群的健康。另一方面, 可在晴朗的天气或中午气温较高时打开窗户或揭开塑料大棚保持自然通风, 必要时也可在连续阴冷的天气里打开窗户或揭开塑料大棚, 特别是在每天的12点至下午3点之间, 更应注意换气, 并勤打扫猪圈, 及时清理粪尿, 防止舍内空气污浊, 猪群烦闷而致咬尾跳圈甚至伤亡。这样更有助于猪群健康。

对于猪呼吸道疾病的控制, 许多养殖户都有呼吸道病很难控制这样的感觉, 其原因就是在冬春寒冷或炎热的夏秋季节里, 只是一味地注重药物治疗和保暖而忽略了通风换气或通风换气不合理。而一旦做到了合理的通风换气和正确的药物治疗, 猪呼吸道病也就减少或控制了。

换气技术 篇6

周期性工作的进排气系统对发动机的动力性、经济性和排放等性能的影响较大[1]。随着发动机强化程度的提高,进排气系统的工作环境决定了其必须经过严格的优化过程。

相位和运动规律是气门影响换气过程的两个主要因素,本文中对配气相位进行优化。限于篇幅,仅就气门重叠角对发动机换气过程的影响规律和作用机制进行研究。配气相位中的其他两个配气相位角在以前发表的文章已有介绍。

文献[2-3]提到最佳的气门重叠角应在扫气系数较大时取得。具体到排气门晚关角,通常认为缸内废气刚刚停止排出的时刻是最佳时刻[4],此时没有出现倒流,可以认为缸内的废气量最小,但是由于进排气重叠期的存在,进气过程初期也对排气门晚关角选取有影响,同样排气过程末期也对进气门早开角选取有影响;因此,选取气门重叠角时需要综合考虑进排气过程。文献[5-7]提到要综合考虑进气等因素来决定最佳排气门晚关角,至目前仍没有对于排气门关闭角的影响进行定量评价的研究,对于进气门早开角的影响研究也停留在相同的阶段。

本文中将通过仿真方法从更多的微观角度研究气门重叠角对发动机换气性能的影响规律和作用机制,最终得到最佳气门重叠角的优化方法。

1 试验系统和仿真平台的搭建

1.1 试验系统的建立

搭建了试验系统,系统搭载有V型八缸高增压柴油机,与之配套的设备有:测功机、中冷器、冷却水温度控制装置、机油温度控制装置、油耗仪等辅助装置;瑞士Kistler公司的缸内压力、进排气压力和高压油管压力传感器等瞬态传感器;数控采集装置、燃烧分析仪、电控喷油控制器等控制、数采、记录和分析系统。试验系统的作用是为计算模型的标定提供依据。

1.2 计算模型的建立

本文中采用一维发动机性能分析软件BOOST进行模拟计算[8]。图1为八缸柴油机计算模型。其中,C1~C8分别代表1#~8#气缸,PL1和PL2分别代表左右两排气缸的进气腔,在模型的各个管道中插入传感器MP进行监测,管道间用R进行连接。针对高增压柴油机模拟计算,为了大幅缩短计算时间并保持计算精度,将模型中的两个带有压气机和涡轮全工况MAP图的增压器全模型改为等效模拟排气背压管模型。该方法是将管道17~18和管道39~40设置为渐 缩-等径-渐扩的模 拟增压方 式管道,即通过改变中间等径段管道的直径数值来间接改变排气背压,最终调整排气背压与进气压力相等。

本文中选取的计算工况点为2100r/min下外特性点工况。

根据实机配置,设置八缸机的发火顺序为:1-8-4-5-7-3-6-2。气缸的基 本参数设 置如下:缸径为132mm,压缩比为15。燃烧模型采用双Vibe模型,传热模型选用Woschni1978模型。

输入进、排气门的升程、流通系数和涡流比曲线均为稳流气道试验台测得的试验数据。进气门座参考直径为55.2mm,进气门早 开和晚关 角分别为28°CA和40°CA;排气门座参考直径为50.9mm,排气门早开和晚关角为57°CA和25°CA。配气相位均为原机配备的配气相位。边界条件为:进口压力为0.34MPa,温度为80℃;出口压力为0.1MPa,温度为550 ℃。 初始条件 为: 压气机-气缸前压 力0.34MPa,温度为80 ℃;气缸后-涡轮压力 为0.34MPa,温度为750℃。进气总管容腔1和容腔2的体积均为4L。

1.3 计算模型的标定

调整计算模型参数使得进气压力为0.34MPa,与试验值相同;第二个Vibe燃烧参数 的持续期 为70°CA;且该工况下的平均摩擦压力为0.26MPa。对比仿真与试验数据,可以发现发动机主要性能参数偏差率低于2%。

图2为该工况下缸内平均压力的仿真和试验曲线对比情况。由图2可见,两条曲线几乎重合。由此可以认为,计算模型在该工况下得到了试验数据的标定。

2 气门重叠角对发动机换气过程的影响研究

气门重叠角由排气门晚关角和进气门早开角组成。以前文所确定的计算模型和设置为基础,本节将进行气门重叠角对发动机换气过程的影响机制研究。需要说明的是,四个配气相位中除气门重叠角外的两个配气相位均为已经优化后的相位角。

2.1 排气门晚关角对发动机换气过程的影响规律

排气门如果正好 在排气上 止点关闭,排气的惯性无法充分利 用,且排气门 关闭末期 的气门有效流通面积较小,排气阻力较大,缸内排出残余废气较困难,从而使得 进气充量 较难进入 气缸。 因而,排气门应该选择在 排气上止 点后的一 段时间内关闭。

本次计算的方法为:以原机相位为基础向前后扩展相位进行模拟计算,均以5°CA为计算步长进行扫略计算;为了增加计算的准确度,在极值点附近将计算步长减至1°CA。

图3为残余废气系数和充量系数随排气门晚关角的变化关系。由图3可见,残余废气系数随着排气门晚关角先减小后增加,充量系数随着排气门晚关角先增加后减小,最值点均在23°CA时达到,说明此时缸内排出废气最为充分,缸内的新鲜空气进气量达到最大,充量系数最大。相比原机相位,排气门晚关角取值 为23°CA时,残余废气 系数降低 了0.1%,充量系数增加了0.05%。由此可知,原机相位与优化相位较为接近。

图4和图5分别为排气阶段和进气阶段气门处质量流量随着排气门晚关角的变化关系。

由图4可见,排气质量流量曲线在排气初期急剧上升,这是缸内压力与排气管内压力的压差大于临界值从而发生超临界排气导致的;之后,缸内压力与排气管内压力的压差降至临界值以下时,流动为亚临界排气阶段。当排气门晚关角在-10~30°CA间逐渐增加时,在整个排气阶段内气门处质量流量整体上逐渐增加,正向排气量逐渐增加;而当排气门晚关角在30~70°CA间逐渐增加时,排气末期出现排气倒流现象的程度越来越大,而整个排气阶段内的正向排气质量流量的曲线几乎重合,说明在一定范围内增加排气门晚关角可增加总排气量,而过度增加排气门晚关角将会导致排气倒流,不利于缸内废气的排出。进气阶段气门处质量流量与曲轴转角的面积代表循环进气量。

由图5可见,随着排气门晚关角的增加,循环进气量先逐渐增 加再逐渐 减少,在排气门 晚关角为30°CA时循环进气量达到最大。由图5(a)可知,当排气门晚关角在-10~30°CA间逐渐增加时,进气阶段初期的倒流现象逐渐减弱,循环进气量增加。这是因为在这一阶段排气门关闭得越早,缸内压力下降越慢,使得进气初期缸内压力高于进气管内压力从而导致进气回流。由图5(b)可知,当排气门晚关角在30~70°CA间逐渐增加时,进气上止点后的一段角度后出现进气 流量突然 减小的程 度越来越大,循环进气量减少。这是因为排气门过度晚关后,排气出现倒流回气缸的程度越大,虽然此时进气管内压力仍高于缸内压力,但是两者的差值逐渐缩小,从而出现进气初期受阻的现象发生。

图6~图9为排气量、进气量及进排气阶段的气门处马赫数随着排气门晚关角的变化关系。排气量和进气量均由进排气阶段的气门处质量流量积分获得。由图6可见,当排气门晚关角小于20°CA时没有排气倒流现象,当排气门晚关角大于20°CA时逐渐增加排气门晚关角排气倒流量逐渐增加。正向排气量随着排气门晚关角的增加呈现先增加后减小的规律,排气门晚关角取值为31°CA时取得极大值,而总排气量为正向排气量与倒流量求和取得,由于排气倒流量在排气门晚关角为20°CA后急剧增加的作用,总排气量取得极大值点的位置前移至23°CA,与残余废气系数取得极小值点的相位一致。由图7可见,从进气的角度考虑,新鲜空气进气量为正向进气质量流量的积分面积与初期进气回流质量流量的积分面积之差,倒流量为进气末期的倒流质量流量的积分值。随着排气门晚关角的增加,进气倒流量逐渐增加,而在排气门晚关角为30°CA后几乎不变;新鲜空气进气量和总进气量规律一致,均随着排气门晚关角的增加而先增加后减小。由图8可见,当排气门晚关角过小时,缸内废气来不及排出气缸,缸内压力较大,排气末期出现超临界排气现象;而当排气门晚关角过大时,缸内压力下降至排气管内压力以下,出现排气倒流现象。由图9可见,当排气门晚关角过小时,缸内废气排出不充分,进气初期缸内压力大于进气管内压力,从而使得进气初期发生废气回流至进气管内的现象,甚至出现压差过大使得进气倒流的马赫数为1,发生超临界进气回流。这些都是在设计配气相位时尽量避免发生的。

综上所述,排气门晚关角可由总排气量最大确定。在该工况下优化得到的排气门晚关角为23°CA,此时残余废气系数最小。

当排气门晚关角过小时,缸内废气排出气缸较为不充分,将会导致进气初期发生废气倒流至进气管和排气末期流速过快甚至发生超临界排气;而当排气门晚关角过大时,排气末期排气管内压力大于缸内压力的时间延长,导致排气末期的废气倒流加剧,缸内压力的升高将减少进气初期进气管内压力与缸内压力的差值,从而导致进气初期的进气不畅。由此可知,选取残余废气系数最小或总排气量最大作为最佳排气门晚关角的选取原则是较为合理的。

2.2 进气门早开角对发动机排气过程的作用机制

进气门如若在进气上止点打开时,由于进气门的开启需要一定的时间,进气初期进入气缸的新鲜充量不足,从而使得缸内的真空度较大,进气管内压力与缸内压力之间的较大压差将增加进气损失,因此进气门开启需提前于进气上止点,这个角度称为进气门早开角。而当进气门提前打开时,此时排气阶段尚未结束,理论上废气可能窜入进气管中发生回火,但此时进气门升程较小,并且排气过程存在抽吸作用,这些都是阻止回火发生的因素。进气门早开角过小,缸内压力得不到补充,进气压差过大造成较大的进气损失,且可能造成排气回流入气缸内;进气门早开角过大,此时缸内废气排出气缸不充分,进气初期易发生缸内废气倒流入气缸的现象。由此可知,进气门早开角也存在最佳值。

图10为充量系数和平均泵气有效压力随着进气门早开角的变化关系。由图10可见:充量系数随着进气门早开角的增加呈现先增加后减小的趋势,平均泵气有效压力不断减小;但是,在进气门早开角为30°CA后,斜率较小。综合两组曲线可知,充量系数在30~50°CA间的极大值附近,平均泵气有效压力在30°CA后数值较小且相差不多。

图11~图14为进气阶段气门处马赫数、进气最大马赫数、进气开启流速和排气阶段气门处马赫数随着进气门早开角的变化关系。由图11可见,当进气门开启较早时,此时缸内废气排出气缸尚不充分,缸内压力较大,使得进气初期出现倒流现象;而随着进气门早开角的减少,即进气门打开较晚时,缸内气体压力来不及补充,当进气门打开时进气管内压力与缸内压力的压差较大使得进气初期的损失较大,甚至当进气门打开晚到一定程度后,进气门打开时即使得进气流动达到超临界流动状态。进气末期的适当回流可增大充量系数[9],图11中的进气末流回流即通过该原则对进气门关闭角优化后的结果。由图12可见,进气门早开角较小,即进气门打开较迟时,进气最大马赫数为1,达到超临界流动状态,而当逐渐增加进气门早开角至10°CA后,进气最大马赫数逐渐下降至0.8附近并几乎保持不变。而充量系数的最大值是在进气门早开角为40°CA附近取得的,此时进气最大马赫数已经进入进气最大马赫数的稳定收敛区域。过度减小进气门早开角将使得进气最大马赫数为1,并导致充量系数急剧下降。因而,要使得充量系数较大,需保证进气最大马赫数维持在较小的数值区域内。由图13可见,随着进气门早开角的增加,进气开启流速单调减小,从正值贯穿至负值的区间内,进气开启流速取值为零的点对应进气门早开角为31°CA,平均泵气有效压力随着进气门早开角的增加而减小,在进气门早开角为30°CA后变化率趋缓,对应充量系数的最大值点在进气门早开角为40°CA时取得,综合平均泵气有效压力和充量系数及进气开启流速的变化趋势,可将进气开启流速为零的配气取值作为 最佳进气 门早开角 的判断准则,在该判据下充量 系数较高,且平均泵 气有效压力较小。由图14可见,随着进气 门早开角的增加,即进气门打开较晚,缸内压力得不到补充,排气末期排气管内压力与缸 内压力的 压差逐渐 增大,排气末期倒流的速度逐 渐增加,直至达到 超临界排气倒流状态。

综上所述,进气门早开角可以在综合考虑充量系数和平均泵气有效压力时选取,而进气开启流速为零时所取得的配气相位可同时使得充量系数较大且平均泵气有效压力较小,可作为进气门早开角的确定原则。这是因为当进气门早开角较大,即进气开启较早时,缸内废气排出不充分且压力较高,使得进气初期出现倒流,进气开启流速为负值;而随着进气门早开角的减小,即进气门逐渐晚开,缸内气体得到新鲜充量补充的时间不断后推,缸内真空度不断增加,使得缸外与缸内的压差逐渐增大,泵气损失增加,最终效果使得进气初期正向流动和排气末期倒流的速度逐渐增加,甚至达到超临界流动状态,流动损失将急剧增加。

按照以上最佳进气门早开角的选取原则,优化原机的进气门早开角为31°CA。

2.3 转速对最佳气门叠开角选取的影响

图15为不同转速下残余废气系数和总排气量随着排气门晚关角的变化关系。由图15可知,在不同转速下,随着排气门晚关角的增加,残余废气系数先减小后增加;随着转速的增加,残余废气系数的极小值点对应的排气门晚关角逐渐增加,且在数值上不断下降。在不同转速下,随着排气门晚关角的增加,总排气量先增加后减小;随着转速的增加,总排气量的极大值点对应的排气门晚关角逐渐增加。图16为最佳排气门晚关角随转速的变化关系。由图16可见,随着转速的增加最佳排气门晚关角逐渐增加,从1700~2500r/min、计算步长为200r/min的转速范围内,最佳排气门晚关角分别为18、18、23、25和28°CA,与转速为1700、1900r/min下的最佳排气门晚关角相同。本文中对排气门晚关角的优化匹配转速为2100r/min,选取该转速下优化得到的排气门晚关角,即23°CA。

图17为不同转速下泵气平均有效压力和充量系数随着进气门早开角的变化关系。由图17可见,在不同转速下,随着进气门早开角的增加,泵气平均有效压力先减小后几乎不变,且曲线斜率从较大变化到较小的转折点的位置随着转速增加而增加。类似地,在不同转速下,随着进气门早开角的增加,充量系数先增加后减小,且极大值点对应的进气门早开角不断增加。根据进气开启流速为零判断最佳进气门早开角时,由图18最佳进气门早开角随着转速的变化关系可知,在1700~2500r/min、计算步长为200r/min的转速范围内,最佳进气门早开角分别为21、29、31、33和34°CA。原机的进气门早开角为28°CA,较为适合在计算转速的中间转速工况下工作。

2.4 试验验证

在原机相位的基础计算模型上,对2100r/min下最大功率点目标工况进行气门重叠角的配气相位优化,结合进气门晚关角[9]和排气门早开角[10]的优化,从而完成对四个配气相位角的优化。

表1为原机相位与优化配气相位的具体数值。由表1可见,进气门晚关角与排气门早开角的优化相位和原机相比,增加约20°CA;而排气门晚关角和进气门早开角优化前后的数值差别不大,因此气门重叠角几乎不变。

对比目标工况下的仿真与试验值可以发现,仿真与试验数值的偏差率相差低于2%,与标定计算模型时的仿真与试验数据对比较为相似。

图19为目标工况下优化相位后缸内平均压力的仿真与试验对比。由图19可见,两条曲线较为吻合,这与配气相位优化前原机相位的仿真与试验缸压曲线一致也是较为类似的。综上所述,计算模型在该工况下优化配气相位后,仿真结果与按照仿真计算以后加工新配气凸轮轴的试验结果比较吻合。

在仿真计算模型在配气相位优化前得到原机相位试验标定的基础上,经过配气相位优化后仿真计算模型又得到装配优化配气凸轮轴的试验数据的验证,形成了一套较为完整的配气相位仿真优化辅以试验验证的优化方法。比较配气相位优化前后的发动机主要性能参数可以发现,在该目标工况下功率、扭矩等动力性指标提高约2%,充量系数和循环进气量提高约5%。由此可知,该套配气相位优化方法是有效的。

3 结论

(1)最佳排气门晚关角的选取应以总排气量最大为判据,此时残余废气系数最小;最佳进气门早开角的选取应以进气门开启流速为零为判据,此时充量系数和平均泵气有效压力得到综合考虑。

(2)排气门晚关角过小将导致进气初期发生倒流甚至马赫数为1,排气末期流速太快甚至马赫数为1;而当排气门晚关角过大时,排气末期的废气倒流加剧,使得进气初期进气管内压力与缸内压力的差值减小,从而导致 进气初期 的进气不 畅。 进气门早开角过大使得进气初期发生倒流;进气门早开角过小将使得进气初期的正向流速太快甚至马赫数为1,排气末期也将发生倒流甚至马赫数为1。

换气技术 篇7

随着居住建筑节能率不断提高,建筑外门窗气密性也随之提高,气密性的提高大大减少了通过渗透作用进入室内的新风量。

文中根据实际情况设计出热管式定风量换气节能装置[1,2,3],它能够在24h不开窗的条件下将室内的污浊空气排出,同时利用热管将排风的热量传递给新风,通过了解在不同的室内外温差条件下室内的温度、速度分布情况以及热回收效果证明该装置的性能。

1 热管式定风量换气节能装置的设计

典型房间模型如图1所示。由图1可看出:房间只有一面外墙—北外墙(厚度为400mm),其余五面为内墙,房间尺寸为3m×4.5m×3m,距顶部0.1m处装有热管式定风量换气节能装置,装置示意图如图2所示。

1.1 热管式定风量换气节能装置工作原理

热管式定风量换气节能装置由装置外壳、带翅片的板式热管、挡板、风机、过滤装置组成。室外温度较低的新风在风机的抽吸作用下经过外墙入口进入换气节能装置的右侧,在挡板的诱导下由内墙入口流入室内,此时,室内的压力会大于室外压力;在压差的作用下,室内的排风由内墙出口进入换气节能装置的左侧,在挡板的诱导下经过外墙出口流出室外。在排风流出的过程中,热管的蒸发段吸收排风的热量,热管内的液态制冷剂迅速蒸发变为蒸汽,蒸汽在微小的压力差下经过绝热段流向冷凝段,并且将热量释放给温度较低的空气,冷凝段的液体靠毛细力的作用再沿多孔材料流回蒸发段,如此循环不止,排风的热量由热管传递给新风[4,5]。在此过程中,进入室内和排出室外的风量恒定,为了使热管与空气充分换热,特将热管改为带翅片的板式热管(见图3),大大增加了换热面积,从而保证了该装置的换热性能。

1.2 新风口出流速度及风口尺寸设计

文中设计采用参数[6]:室内人员n=3人,新风量Q=130m3/h。该装置采取紊流非等温受限射流,风口出流平均速度u0=3m/s,回流速度uh=0.3m/s。

射流轴心速度衰减为[7,8]:

式中:ux—以风口为起点,到射流计算断面距离为

x处的轴心速度,m/s;

u0—风口出流的平均速度,m/s;

k1—射流受限修正系数;

k2—射流重合修正系数;

k3—非等温影响修正系数;

m1—射流衰减修正系数;

F0—风口出流面积,m2;

x—由风口至计算断面的距离,m。

文中装置中,风口尺寸取0.15m×0.1m。

1.3 热管构件设计

1.3.1 热管设计数学模型

1)热量变化值[9,10]。

蒸发段吸热量Qh为:

式中:Qh—蒸发段吸热量,k J/h;

Vhf—内墙出口流量,m3/h;

ρhf—排风密度,kg/m3;

Cph—排风定压比热容,k J/(kg·K);

th1—室内排风温度,K;

th2—外墙出口温度,K。

冷凝段放热量Qc为:

式中:Qc—冷凝段放热量,k J/h;

η—散热损失率,一般η=6%~10%(包括加热段和冷却段)。

内墙入口温度tc2为:

式中:tc2—内墙入口温度,K;

tc1—室外空气温度,K;

Vcf—新风流量,m3/h;

Cpc—新风定压比热容,k J/(kg·K);

ρcf—新风密度,kg/m3。

2)管内承压限校核[9,10]。

管内承压限计算公式为:

式中:[P]—最大容许工作压力,Pa;

[σ]—材料在工作温度下的许用应力,N;

di—管子内径,mm;

S—强度计算壁厚,mm。

3)管壳厚度校核。

管壳厚度δ为:

式中:δ—管壳厚度,mm;

d—热管内径,mm;

P—设计压力,Pa;

[σ]—设计温度下的许用应力,N;

C—附加余量(考虑腐蚀等因素)。

1.3.2 设计结果

R-11作为热管工作介质;铜作为管板材料、其厚度为1.5mm,管长2m、宽0.38m,蒸发段与冷凝段长度均为0.8m,热管的充液率为0.5;挡板宽度200mm。

1.4 辅助材料的选择

过滤装置选择荷电纤维滤料[11],考虑到其在200Pa以下对PM10的过滤效率在70%以上,在低风速时可以达到95%。挡板和装置外壳采用保温采用双面铝箔复合材料[12],其特性为线性摩擦损失小、气密性能极佳且有足够的强度和刚度。

2 热管式定风量换气节能装置性能分析

文中采用理论分析和数值模拟的方法研究了热管式定风量换气节能装置在冬季用于不同地区的房间的能耗分析、室内的温度和速度分布以及运行费用,并由此评价该装置的性能。

2.1 确定热管式定风量换气节能装置的使用地区

我国的气候区划分为5个地区,分布情况如图4所示。

在冬季,室外的气温在1月份时最低,各个地区的温度分布如表1所示,室内温度为18℃时最为舒适。综合考虑室内外温度和换热量,由式(2)~式(4)计算得到的数据如表1所示。

由表1可得:在严寒、寒冷地区,热管的工作温度为2℃,每小时最多可节省2332.73k J热量;在冬冷夏热、温和地区热管的工作温度为10℃,每小时最多可节省1172.28k J热量;在温和地区,不能使用该装置。从节省能量角度,该装置可在除温和地区以外外的地区使用。

2.2 使用热管式定风量换气节能装置的房间的温度和速度分布

通过CFD模拟各个地区冬季使用该装置时室内的温度和速度分布,分析该装置的性能[13,14,15]。

2.2.1 模拟条件

1)由于多种因素影响着室内热交换,因此在Gambit建模中作一定合理的简化假设:邻室为供暖房间,内墙均为恒温,内墙上的门始终处于紧闭的状态;室内无人员、灯光、家具等散热设备;散热器看作一个恒温热源。

2)在Fluent模拟过程中,由于研究的流场在暖气房间供热时会受到浮升力影响,因而采用Boussinesq假设;送风口边界类型定义为Velocityinlet形式,且风速保持恒定;出口边界类型定义为Out-flow形式,所有的空气都从出口自由流出;物理模型采用四面体非结构性网格单元进行划分,对于物理量变化较为激烈的区域如送风口、回风口以及散热器进行了网格加密,以提高计算的精度。

2.2.2 我国不同气候区冬季使用该装置时的性能分析

1)严寒、寒冷地区典型位置温度模拟结果。

冬季时,严寒、寒冷地区的房间均会使用散热器,其安装位置如图5所示。由表1可得,内墙入口处空气温度最高为2℃。

严寒、寒冷地区的房间内送风口中心平面纵向温度分布图如图6所示,反映了整个房间在高度方向上的温度变化趋势。该房间顶部靠近送风口区域的温度远远低于散热器温度,温差的驱使使散热器与周围冷空气及墙面进行热传导、热对流和热辐射,在Z=2000mm以下部位温度趋于291.15K,达到了供暖要求,但是,上下层面温度梯度变化非常明显,致使室内人员会有冷热不均的感觉。严寒、寒冷地区的房间内人体活动平面温度分布图如图7所示,反映了人员热舒适性情况。距离散热器约为0~500mm处温度高于293K,而距离散热器1500mm以外的温度低于290K,出现了工作区水平面温度分布不均的现象。

综上所述,从温度分布角度方面考虑该装置不适宜用于寒冷、严寒地区装有散热器的房间。

2)冬冷夏热、温和地区典型位置温度模拟结果。

由表1可得,冬冷夏热、温和地区的房间在冬季使用文中所研究的装置时,内墙入口处空气温度最高为10℃(283.15K)。该地区的房间一般没有安装散热器,为了使室内温度保持18℃(291.15K),特在内墙入口处加装电加热器,其安装位置如图8所示。

夏热冬冷、温和地区的房间内送风口中心平面纵向温度分布图如图9所示。内墙入口处283.15K的空气被电加热器加热到295K后送入值室内,是室内温度达到人体的热舒适性要求,整个房间在高度方向上的温差为2℃,变化范围均在人体可接受的范围内。冬冷夏热、温和地区的房间内人体活动平面温度分布图如图10所示。整个平面温度在291K左右,是人体所需的理想温度。

综上,从温度分布角度方面,热管式定风量换气节能装置比较适用于夏热冬冷、温和地区的房间。

3)夏热冬暖地区使用情况分析。

夏热冬暖地区的常年温度在10℃以上,新风无需预热就能够满足室内人员对温度的要求。所以,热管式定风量换气节能装置不能用于夏热冬暖地区。

4)典型位置速度模拟结果。

温度变化对室内空气流动状态基本上没有影响,因此,室内房间的风速分布规律基本相同。

送风口速度矢量图如图11所示。由图可得,送风气流中心的风速与理论计算(V=3m/s)一致,随着射流长度的增加,射流中心的沿程速度不断衰减,当距新风口水平距离大约为4200mm时,顶棚气流速度降为0.3m/s,在浮力和重力不平衡条件下,射流脱离顶棚而成为下降气流且开始出现回流,在距送风口垂直距离500mm以下的区域,射流作用消失,空气速度降为0.2m/s及以下,使室内人员无吹风感。

人员活动平面速度分布图如图12所示。整体风速均在0.2m/s以下,完全满足室内人员无吹风感的要求,而且气流的小幅度波动增加了人员的空气新鲜感。在贴近墙角处出现涡流,空气回流造成贴近内墙的涡流大于外墙附近的涡流,完全符合实际流场情况,提高了该模拟对实际工程的参考价值。

综上,该装置的速度设计满足室内人员的舒适度要求。

2.3 使用热管式定风量换气节能装置的经济性分析

为了保证室内冬季温度维持在18℃,使用热管式定风量换气节能装置时均需要加装辅助设备。在严寒地区,冬季时长为5个月,一般采用市政管网输送暖气,参考收费标准为22元/m2;在冬冷夏热、温和地区,冬季时长为3个月,一般无散热器,需要空调、电加热器、暖风机等设备,文中选择电加热器作为辅助热源[16],电费为0.5元/k Wh。

空气电加热器功率值的计算式:

式中:P—加热器功率,k W;

Qa—空气所需吸热量,k J/h;

A—裕度系数,一般情况下取A=1.2。

在严寒、寒冷地区,耗资612元;在冬冷夏热、温和地区,耗资459元。比较以上数据,在冬冷夏热、温和地区使用热管式定风量换气节能装置更经济。

3 结语

通过Fluent软件模拟热管式定风量换气节能装置在不同气候地区的室内外温差条件下室内的温度、速度分布情况,并理论分析其热回收效果和运行费用,可得出以下结论:

1)在严寒、寒冷地区,热管式定风量换气节能装置能够利用室内排风热量将室外新风从-15℃加热至-2℃,每小时最多可节省2332.73k J热量;在夏热冬冷、温和地区,该装置能将室外新风从2℃加热至9℃,每小时最多可节省热量1172.28k J;在夏热冬暖地区,不能使用该装置。从节省能量角度,该装置可在除夏热冬暖地区以外的地区使用。

2)热管式定风量换气节能装置用于严寒、寒冷地区时,房间温度分布不均、温差较大,会引起室内人员感;该装置用于夏热冬冷、温和地区的房间,室温均在290~293K,工作区空气流速均在0.2m/s以下。从温度、速度分布角度,文中研究的装置比较适合在冬冷夏热、温和地区使用。

3)在热管式定风量换气节能装置使用过程中,需要散热器或者电加热器的辅助,从运行的经济性考虑,在冬冷夏热、温和地区使用该装置最省钱。

摘要：根据不同地理位置的冬季气温情况设计出热管式定风量换气节能装置并安装在房间外墙上,运用Fluent软件模拟其在不同的室内外温差条件下室内的温度、速度分布情况以及理论分析其热回收效果和运行费用。研究结果表明:热管式定风量换气节能装置用于严寒、寒冷地区时热回收效率最高,用于冬冷夏热、温和地区时室内温度、速度、运行费用最合理,无法用于冬暖夏热地区。