2022年4月，工程技术2区TOP期刊《Building and Environment》（影响因子IF：6.456）刊登了课题组文诗豪博士生的最新成果：Numerical and experimental study towards a noveltorque damper with minimized air flow instability.（https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109114），该研究由中国国家自然科学基金(NSFC)资助（项目号：51978452）。

作者：

Shihao Wen（文诗豪，第一作者），Junjie Liu（刘俊杰，通讯作者），FanZhang（张帆），JingXu（徐敬） 

研究亮点：

1.提出可以消除气流不稳定性的新型扭矩风阀；

2.穿孔板与风阀结合可以消除了耦合效应，将风阀测量精度提高到5%；

3.权衡测量精度和阻力损失后，穿孔板的孔隙率为60%。

研究背景：

随着中国经济的快速发展，建筑已成为人们生活和工作的必要场所。绝大多数现代人一生中80%到90%的时间都在建筑中度过。因此，人们逐渐意识到健康舒适的室内环境对人的寿命、工作心情和工作效率起着至关重要的作用。风量调控有效地提高室内热舒适性和空气质量。它是保持室内环境健康和舒适的关键。同时，风量调控也关系到工业生产和生物实验的安全，可能导致有害物质的沉积和污染物的泄漏。因此，精确的风量调控是一项迫切需要的技术。但是，目前的风量调控系统仍然存在一些缺陷，需要对通风和空调系统中的风量调控进行进一步研究。

传统风量调控将监控设备分离，增加了智能调控的复杂性。随着人们对风量调控的日益重视，风量测控一体化已成为趋势。然而，通风空调管道局部构件之间的耦合作用导致气流分布不稳定，导致流量测量误差较大，成为风量测量与风量测量一体化的一大难题。根据文献检索，学者大多数是对单一的局部构件进行研究，没有考虑在实际使用中的耦合效应。因此，本文采用数值模拟与全尺寸实验验证相结合的方法，对弯头与风阀的不同耦合方式进行分析，得出不同耦合方式带来的误差，并通过结构优化降低误差。确保新型扭矩阻尼器的误差在±5%以内。本研究可用于实际工程设计，同时为风量的精确控制提供了新的视角。

主要成果：

弯头与风阀的连接对流量监测精度产生了巨大的影响。图1展示了当弯头从下方与风阀进行连接时，误差范围在0%和15.7%之间，两者之间直管的相对长度对精度影响较大，当直管的相对长度为5D时，两者的耦合相应减弱，误差在5%以内；图2为弯头从上方与风阀进行连接，误差范围在-23.0%和0%之间，直管的相对长度为5D，误差小于5%，耦合效应可以忽略。

 图1 弯头从下方连接

图2 弯头从上方连接

虽然充分发展条件和非充分发展条件对K会产生一定的偏差，但是无论在哪一个条件下，不同风速对K的影响都很小。

图3 不同风速对精确度的影响

在通风空调系统中，当气流通过弯头还未进入风阀时，速度分布十分不均匀，与只连接直管段时进入风阀的速度分布差别较大。但是当不均匀气流通过孔板时，不均匀气流实现了均匀化，使在风阀中气流速度分布趋于一致。因此，穿孔板与风阀结合可以有效地消除局部构件之间的耦合效应。

图4 新型风阀在管道系统中的速度分布以及几何模型

孔的形状对风量监测的准确度的影响不大，而开孔率对对测量准确性的影响较大，随着开孔率的增大测量误差也在逐渐增大，无论是方孔还是圆孔，当开孔率大于60%时，测量误差都将大于5%，需要将开孔率保持在60%以下。

图 5 孔的形状与开孔率对测量精确的影响

在与直管段连接时，传统扭矩风阀和新型风阀都具有很好的准确性，与热线风速仪几乎一致；当与弯头连接时，传统扭矩风阀与热线风速仪测量值存在较大的偏差，而新型风阀仍然具有很好的一致性。

图6 全尺寸实验验证

本文引用格式：

Shihao Wen,Junjie Liu,Fan Zhang, Jing Xu. Numerical and experimentalstudy towards a novel torque damper with minimized air flow instability. Buildingand Environment. 2022, 217, 109114