建造环境课题组在中科院一区期刊《Separation and Purification Technology》（JCR Q1, IF: 8.6）上发表了关于新型竖向叶片百叶窗优化设计的研究论文，解决建筑通风空调系统新风入口和各种其他应用场景引风口阻力过大、以及无法高效防沙防雨的问题。

题目: 低阻高效分离大颗粒物的引风百叶窗CFD结构设计

CFD structural design of an intake air louver for low pressure drop and high large particle separation efficiency（DOI: 10.1016/j.seppur.2023.126142），该研究获得“十四五”国家重点研发计划大气专项项目“室内空气污染物多参数动态识别、高效低碳净化与病原体消杀技术”资助（No. 2022YFC3702803）。

作者：林奕辰，王晨华，文诗豪，何明桐，刘俊杰（通讯作者）

研究亮点：

1.当进气速度为2.8 m/s时，新型竖向叶片百叶窗与商用水平叶片百叶窗相比，新型百叶窗的压降降低了89.5%，大颗粒分离效率提高了158.6%；

2.当进气速度从2.3 m/s增加到2.8 m/s时，新型百叶窗的分离效率从80.3 %下降到57.3 %，百叶窗的压降从 11.1 Pa 增加到 13.9 Pa，合理设计进气速度对性能有较大影响。

中文摘要：

由于目前工业、商业和住宅建筑中使用的新风百叶窗，以及燃气轮机等引气百叶窗对沙尘和雨滴等大颗粒物的去除效率不足，这会导致严重的管道污染以及后续的初、中、高效过滤器堵塞从而增加风机能耗。因此，必须提高引风百叶窗针对大颗粒物的分离净化效率，以减轻过滤器的负担。本研究基于实验和计算流体动力学（CFD）模型，开发了一种具有更高大颗粒分离效率和更低压降的新型百叶窗。研究评估了不同结构参数（防尘钩的数量、长度和位置）和进气速度对颗粒分离效率和压降的影响。结果表明，上述因素会对压降和分离效率产生重要影响。随着进气速度从 2.3 m/s 增加到 2.8 m/s，百叶窗的分离效率从 80.3% 下降到 57.3%，同时百叶窗的压降从 11.1 Pa 增加到 13.9 Pa。此外，当进气速度为 2.8 m/s 时，与传统商用百叶窗相比，百叶窗的压降降低了 89.5%，大颗粒分离效率提高了 158.6%。

背景：

封闭空间的通风不足会导致空气污染、异味等问题，从而使人感到不适、窒息和生病。因此，工业、商业和住宅建筑一般都采用机械通风来保持最佳的室内空气质量（IAQ）。然而，对风机动能的依赖使机械通风成为建筑能耗的重要来源，占全球建筑总能耗的三分之一以上。此外，由于通风过滤系统的阻力会随着颗粒物在过滤器上的累积而逐渐增加，这导致建筑通风所需的能耗也会增加。除沙尘外，强风还可能导致雨滴等气载大颗粒进入通风系统，从而导致过滤器过滤效率下降，压降大幅增加。因此，必须在过滤器前安装预过滤设备，例如新风百叶窗，以有效去除气载大颗粒物，防止进气管道污染以及过滤器阻力急剧上升。

本文在实验和计算流体动力学（CFD）模型的基础上，提出了一种具有更高的颗粒分离净化效率和更低压降的新型竖向叶片百叶窗（图1）。新结构利用大颗粒通过弯曲通道的惯性分离作用，确保在气流改变方向时，大颗粒保持原来的运动方向，从而与防尘钩碰撞，造成大颗粒失去动能，并在重力作用下坠落，产生分离净化效果。此外，评估了防尘钩的位置、数量和进气速度对压降和分离效率的影响。研究结果可作为指导后续类似结构设计的参考，制定有效的控制策略，提高大颗粒分离效率的同时实现低压降。

图1. (a) 竖向叶片百叶窗立面图; (b) 百叶窗俯视图; (c) 百叶窗多种设计结构几何模型。

结论：

1. （图2）防尘钩的布置对流道中的气流方向有很大影响。防尘钩内部和下游会产生涡流，导致流道中的气流受阻，进而使整个气流改道或转向。Case16百叶窗中防尘钩的布置使气流方向可以有几个较小的角度转弯，同时在整个流场区域保持相对较低的流速。

图2. 不同结构百叶窗内的流线图及速度云图

2. 图3表示了不同百叶窗结构内的气流转向剧烈程度。结合矢量图可以看出，Case16百叶窗出现了三次较强的气流转向，而Case1和Case6的气流转向次数为两次。更频繁的气流转向可以更多利用颗粒的惯性进行分离净化，因此颗粒的分离效率可能更高。

图3. 不同结构百叶窗内的流线转向强度图

3. （图4a）Case16百叶窗的颗粒分离效率明显更高。当进气速度为 2.8 m/s 时，Case16百叶窗的分离效率为57.3%，而商用水平叶片百叶窗的分离效率为 21.4%，Case1百叶窗的分离效率最低，仅为13.3%。（图4b）Case 16百叶窗的大颗粒分离效率随着入口风速的增加而降低。当入口风速为 2.3 m/s时，大颗粒分离效率为80.3%。当入口空气速度增加到2.8 m/s时，大颗粒分离效率下降到 57.3%。

图4. (a) 不同结构百叶窗大颗粒分离效率; (b) Case16结构百叶窗分离效率随风速变化图

4. （图5）Case6结构百叶窗的品质因子为 0.00880，而Case1结构百叶窗的品质因子为0.00477。Case16百叶窗的品质因子最大，为0.0576。传统商用水平叶片百叶窗的品质因子最小，为0.00181。

图5. 不同结构百叶窗品质因子及压降

引用格式：

Lin Y, Wang C, Wen S, et al. CFD structural design of an intake air louver for low pressure drop and high large particle separation efficiency[J]. Separation and Purification Technology, 2023: 126142.

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1383586623030502

稿件编辑：林奕辰

稿件审核：刘俊杰、田媛、于欣宇