横流扇,空气流,内部流场结构中速度矢量场,速度场,内部流场,流场结构检测方案(粒子图像测速)

不壓損轉速速時檬流队部流場结場 PIV 量测 PIV Measurement for the flow structure of cross-flow fan in different fan speedsand pressure drops 江松柏 江旭政S.B. Chiang，H.C. Chiang 業技術研究院能源源研究 搞 璎 室卜機的流場.結因的壓損值以及搭配的車速時所宁，主要分式形式·當壓損較小時，通樣流而被提供動能的流體，多能沿蓍板的形分朝下游移動。若當壓損逐油提，在低轉速下的流場.結會產生顯的差具，，在輪側靠近出口品部下的之間，迎流節圍顯著印擴趨勢，在靠近輪部分流體動v被觀測出被捲吸中輪的情形·多是受到帝速旋轉華輪在通遢吉部後，產生的低壓結引致的現。此時若提華輪能轉速·將市助艹提供流體夏多的動量，已使吉部咐近的流昂結縮小，時在慌流入口上方的流昂結样即顯受到抑制。 然而，當壓損值提肩時，7卡轉速下流場結相當類似，輪上的入鹿，都有即顯流結構·部分情形下其至達近-坐的入面積。外，出·迎流結相當，速度較的昂皆集在弧形梦板處，里造出口流速度產生的現象。當壓損在特定定圍以上時，木研究之横流每的出特性性顯的變化，即便平提轉速，仍無法提供流體產生足的動量，以形放印流流動，屈轉已偏離育放操作點。 經中上述的實险结果。得知，此流結样在低壓損或是席轉速下的出流場結構多能沿蓍梦板進而流至出厂。若壓損提或速低時，出口速銳·室的送屈性能即顯峰低。因此，此室卜杉的形狀庭應針對不的壓損下的送屈性能討論，進行改息設計，木之以 PIV進行量測，提供-種快速放的研究方法。 離鍵字：流八丶流品、點影像速度量測法(PIV) Abstract Cross-flow fans are widely used in air conditioners. However， the design methods of a cross-flow fan havenot yet been completely established， because the internal flow characterized by an eccentric vortex of a cross-flowfan is very complex. Usually， the internal flow of a cross-flow fan can be separated into three sections： (1) throughflow， (2) eccentric vortex region， (3) recirculation zone. The eccentric vortex generated in the cross-flow fan isstrongly affected by the impeller and the casing. It is believed that the flow field of a cross-flow fan is the one ofthe most important causes to induce noise and affect the performance. So more in depth study in the flow field isvery important.The dynamical characteristics of a cross flow fan are further influenced by those factors， such as therotational speed of the impeller as well as the pressure drop due to the flow resistance. Unfortunately， researchrelevant to these influenced factors is very limited， especially， through the utilization of flow visualization methods.In this paper， the PIV technique is successfully employed to measure the flow field of the cross-flow fan. Duringthe experiment， the eccentric vortex， vortex center， recirculation region， and through flow had been clearly identified via the PIV technique. The results show very interesting phenomena of flow structures (i.e. recirculationflow) developing around the rear wall and the tongue as the rotational speed of fan decreases or the pressure dropincreases. The performance of fan is deteriorated at these conditions. Hence， to reduce the region of therecirculation flow is very critical in optimizing the fan design. 、前言 室内空部楼的主要米態卡多能提家環境舒的要求而設計，不設定性下的情形，噪音、出压帝出流量的變化產生等等。上述參數的改變，受到室卜空譯队部的形狀影響其上。遮當的結已使空部機在不卡轉速下轉時皆能保一定的冷务能力，使環境的流分均身，避免滞留的發生一，減少不均澀度場現。 在室内的部結样上，室主要自含熱交換器、横流压、入面板、梦板丶侧板”舌部。特徽形狀奥色置的7，影響著空流體在通室卜档產生的變化，主要訓的流昂(through flow)、 流 (vortex region)奥流品(recirculation zone)等三青主要結構。流昂主要是受到華輪心的漏流結影響，當流結样愈、流體受到漏流結的阻滯，通通流昂圍的流體就愈少。而迎流常出現出口部下，流結的差具，影響出口時尚流體受阳的吊垃圍。 Mortier [1]利具彎一彎管形米的出、入厘口設計，並在队部入一總流的設計，達到利屈生的配量如速流體體動。。接.續數伫學青使#數種量測式應#流每队部流場的定性奥定量研究，盼能藉相關技術印應，瞭解到橫流队部的流場結構。Aari [2]、Porter and Markland [3]等#流場口视化(flowvisualization)以及部流場量測的結果，分析出流队部的主要流場結構形式。分流品、迎流品與流副觀察通室流柱動式。正歸出因受制*形狀，而使得流輪中心市漏流結，在横流器上号的流體通通華輪後著流結朝出口方動。在流體出口的咐近，舌部下之，有迎流結样的產生。若流晶副結構無法被颇放抑制時，將省六幅度影響出口流量，產生塞作。外，在流場量化技上，1988年， Matsuki [3]#皮管(pitot tube)，分析部色置狀對流場結一影響。 Takushima et al. [4]#雷射 都普勒測速儀(laser doppler velocimeter，LDV)應#平均流場烹流验度的量測。發現側板與部之的作形状位置的不后，已使得流五室卜出口的氣流流發生改變。生改Tsurusaki etal.[8]夏進一步-(particle tracking velocimeter，PTV)應横流相關码究上。 基*影像扇理技術的進步，使得共接觸式流場量測技術應#逐渣心熟，而質點影像速度儀(particle image velocimeter，PIV)夏近年一-般流場量化研究泛應，木码究是希望利*PIVP在瞬間獲得全域流場結技術，量測在7的入r端壓損听引致流場變化，探討流場結構因壓損下衍生的流場.結構差異，以做進-步改良时的重要參考依據。」横流部流體動兰速的流場，木、的究式說是此項技術應之突破· 二、實設備法 1.測室機 木研究著重艹探討梦板、輪色置與側板三青的差具7壓損損對對流場.結样影響，並旦將横流的長度縮小至僅声三等長，以减少進行實驗時設備需之體積。在流場結样的量技術上，利”質點影像速度儀(particle image velocity， PIV)夾量測流場結構。印瞬時速度場。盖1能夠得PIV雷射光能朔順利通室卜队部，將全流場*速攝影楼，故柴室杉的梦板、侧板舆流皆#透壓克力製作並以特殊壓克力亚光黑漆，分多文噴上厚度約 0.3-0.5mm印塗正正CCD头像截函的部份。 木之研究之室像揉簡化的，省去熱換器室入口之面板·入前端裝-壓損產生設備，以不卡孔隙率鐵達不節圍壓損要求，在鐵維前端平安置-鼓輔片壓損之間的微動作，在壓*點的量測上，，膜式壓*感測元件夾伦壓的動態量測使，壓*管上的-端安置在壓差設部，-端利#軟管連接到壓*量測元件端。此壓 感測元元，已根據不的壓*節圍作設定、整·使得壓差的變化節圍能夠精準的被呈現。此設量測壓變化節圍￥0~50 Pa 早。經喜屬電壓轉換器後，能夠顯示其讀值。解析度盖小數點之後位。 在隔動压的式上，使變直流馬達動華輪，利”連軸器(coupling)連.結馬達與端，連軸器。市杉爽弭些許的正常擺 2.質點影像速度儀 質點影像速度儀的硬部份主要分总影像撷置元雷射光源部份。木實驗影像撷元LaVision 公司生產FlowMaster 3S CCD(charge coupled device)速攝影其，其影像解析度1280(H)x1024(V) pixels雷射光源#NewWave 生產印Nd：YAG閃頻雷封(doublepulsed lasers)，率頻率最帝達達15Hz。在雷出口端銜接一一LaVision公司付提供白紋接式光束傳送辟，傅送光味至需的置。在傳送辟出口端裝-光頁產生器，光頁的厚度約2mm。光頁展年度約20°。木實驗听探#的質點產產式系Antari生產之Z-1500連續產军器，產生的質點小4.42 um。實驗設備位置如圖1示· PIV實原理主要是格雷封光痕照鲋至滿質點的待測流場。·控制西道雷射光的時眉差，在前後張相上分司像。質點受到雷射光照射之後產生散射光，即以速攝影機進行撷取。攝取後的影影像。LaVision提供的後理軟體，利#利互相關(cross-correlation)式当斷質點在張相牛移動的距離，知的張相相牛之時時得知速度，藉以統計的式求得全速度場。 三、、實驗結果討論 日室卜空流體流的通程常7穩定·流產生的擾動量會使得流場結變得相當複雜。总了能夠進-步探討室機流場的整體結構，降低循環變具的影響，利#樣木平均(ensemble average)。經。量測到的量量流場資料如以工均而得，求得全流場的速度平均值經通樣木平均後的流場結構，已消弭許多循環中瞬時速度之的差具，足以推信整體流場結構趨教。木码究复以100樣木平均後的資料結果代表室内队部的流場結構。 木码究在針對不輪轉速壓損下差具進行流場量時，轉速節圍從800至 1200rpm，年限 100 rpm 微盖-量測定義點。壓損闡总6.7、13.2、20、26.330.8 Pa·在此實驗的通程，低轉速、壓損及轉速、低壓的狀況無法，故實驗資料數從原先先25資料濾14. 經整理的結果發現，在壓損6.7Pa狀態下，輪上的入口流體多是以均身下流的方式，朝輪輪前。輪的工作轉速眉径800速至1000 rpm。其口，當華輪轉速載低的情形下，受到輪入無法產生足的壓狀態影響，在靠近梦板之的流場結形-小型的流品，声先前的樣流結。而當轉速逐漸提時，此品流體多改朝下流動的趨勢。當流體通輪之後主要的動内皆是沿著背板流動的式，朝下游。具較大速度量的節圍·都延至出口。之，在吉部下号的流昂結正無胖顯變化，得出口流道的節圍沒照顯受的現免發生。如27示。 當壓損提帝13.2Pa之後，低速下的流場結構產生了7的變化，通華輪下，的流體道動結構多靠近讼背板侧昂如圖89，在吉部下或是出口流結声顯心長的趨，估去了近2/3出口面積。尤其舆先前的流場結样最大的7之，在華輪下专會出現迎流結構，在X=3~7 cm、Y=3~5cm。月在華輪與吉部眉的流體被捲吸輪情形出現，在X=0~4 cm、Y=4~6 cm 眉的流體卡多朝古側移動，逆流朝華輪，口流體的诉量知此品流體多是朝户輪流動，而共流出華輪。當轉速逐提時，事輪下的流速較之城時漸擴至出口如12奥圖13，輪輪下舆吉部下的迎流結則市被壓縮或消失的情形。异外在輪台上的入口，出現迎具艹先前相關實流場結構。此產生一低速的流結，而相當靠近梦板，結構+相當完整。輪上的流體動受到此流晶結样影響，入r處氣流有顯主偏移的情形出現。前听述，當轉速提時，此迎流結構复泸失或逐浊縮小白趨勢 當壓損值提局至20Pa時，輪上节的流結構愈愈完整。其至在低轉速的米況下， 钻據約一的入口積，見見14。當轉速提是的通程。，此連流結構會逐縮小，漏流心照顯朝梦板輪輪移移，如圖18。而在靠近出口與舌部下，的流場結構，出現前述的流場結情，迎流結的出現。此時並夫因轉速的提膏使得靠近背板速度墙較膏的節圍朝下游移動，速度較卡的城皆是集。在梦板。在不的轉速下的較速度節圍變化，但出口流結依然相當顯，此時在出口流體最卡速度節圍僅在沿著板上育些變化，7通皆夫使得出口鹿迎流結情因此變小，先前的结果不后。 若壓損值續提损26.3Pa時，低轉速下的就定仕已無法法。最低的轉速從1000rpm開始。前述出提及的低轉速的米況相，速度最的昂墙皆是集口背板咐近，輪下靠近山側+育流現免發生，其當華輪提供的動量無法足以使得流體能夠具市足夠的動量出口端流動時，便會造在流體-離N華輪處時，輪在流經舌部後，因常速動產生的低壓昂，將原木流出華輪的流體·捲吸輪邻。而一方面，輪上方仍序在照顯連流結·在1000 rpm 時約略剩下-的入積能供流體流外# 。僅當輪轉速提互 1100或1200rpm 情形下，才声好轉的現象。但並7因轉速的提而完全消，如圖20至25。 當壓損提提至30.8 Psa後如圖26至鬧29，流場結構已無、的變化。壓損影響造求受到輪作巧的流體無法順利流至出口，出口端連流結在1100 rpm 1200 rpm情形下仍是相當穩定。較速度節圍的流體皆是集口在輪古下方舆靠近梦板之間。 、結論 經前述的結果得，在木平數100時，在不輪轉速的比較下發現，輪上的流場結會受到壓損白影響，靠近板-进流結样品的生。造或在入口的流體通時，形心胆礙，滤少入面積。 室機的流場.結惜因盖不的壓損值以孕搭配的不轉速時，流場結會分式主要的形式。當壓損載小時，通橫流而被提供能的流體，多能沿著梦板的形狀朝下游移動。若當壓損逐漸提，在低轉速下的流場結會產生即顯差異，在輪側靠近出口奥 舌部下的之間，品節圍j顯著印擴趨勢，在靠近輪部分流體：被觀測出被捲吸華輪的情形，多是受到帝速旋轉的華輪在通通吉部後，產生的低壓結听引致的現。此時若提輪轉速，洛助提供流體夏多的動量，已使舌部咐近的逆流品結構縮小，片時在横流入厂上方的流昂結構+即顯受到抑制。 然而i，當壓損值提26.3 Pa以上时，不轉速下的流場結構相當類似，華輪上的入口處，都有照顯連流結，部分情形下甚至達近-兰的入面積。此外，出口迎流結情相當一，，速度較的昂城皆集白在弧形板。此時，出口流速度產生峰的現。此时横流的出特性性的照顯顯變化，和便提轉速，仍無法提供流體產生足的動能 !上的實驗結果。得知，此流結構在低壓損或是帝轉速下的出流場結構多能沿蓍梦柜進而流至出口。倘若壓損提或轉速降低時，出口速銳·室卜楼的送性能顯降低。因此，此室的形狀遇針對不后壓損下的送性能討論·進行改息。 ( 工 、致謝 ) ( 木码究計劃承蒙經濟部技術電楼產業M鍵技術發展三年計提供码究經賣，謹此致謝。 ) ( 、參考之獻 ) ( m. 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Frequency 鬧1實驗設備配置 圖2速度量流(800 rpm， 6.7 Pa). 3速度帝量對量(800 rpm， 6.7 Pa). X(cm) 圖4速度帝量流總(900 rpm， 6.7 Pa). 關5速度束量對道圖(900 rpm， 6.7 Pa). 圖6速度束量流總圖(1000 rpm，6.7 Pa). 圖8速度速量流總圖(800 rpm， 13.2Pa). 圖7速度速量對(1000 rpm， 6.7 Pa). 9速度速量對值量(800 rpm， 13.2 Pa). 圖12速度量流總圖(1000 rpm， 13.2 Pa). 13速度束量對(1000 rpm， 13.2 Pa). 14速度速量流圖(900 rpm， 20 Pa). 圖15速度量解對(900 rpm， 20 Pa). 圖16速度巾量流總(1000 rpm， 20 Pa). 17速度心量對圖(1000 rpm， 20 Pa). 18速度束量流總圖(1100 rpm， 20 Pa). 19速度束量對(1100 rpm， 20Pa). 20速度量流總圖(1000 rpm， 26.3 Pa). 圖21速度束量對量(1000 rpm， 26.3 Pa). 22速度量流斥圖(1100 rpm， 26.3 Pa). 23速度束量對(1100 rpm， 26.3 Pa). 圖24速度量流總圖(1200 rpm， 26.3 Pa). 25速度束量網對圖(1200 rpm，26.3 Pa). 圖26速度巾量流總(1100 rpm， 30.8 Pa). 圖27速度量網對圍(1100 rpm， 30.8 Pa). 圖28速度束量流總(1200 rpm，30.8 Pa). 29速度束量網對道圖(1200 rpm，30.8 Pa).