·1374· 工程科学学报，第37卷，第10期 度关系可知，A和B与出流速度均存在线性变化关系. 经拟合得到其关系式为：出氧口管径为8mm时A= 由表4可知，出氧管径为8mm和6mm时，相同出 -0.10621+0.04377u,和B=0.52811+0.02858u。,出 流流量下采用双出氧口弥散供氧时，所形成的富氧面 积均比单出氧口时形成富氧面积少约10%.这是因为 氧口管径为6mm时A=--0.05845+0.01794u,和B= 相同出流流量下采用双出氧口时，弥散流场区域内富 0.23311+0.02174uo,其中相关系数R2≥0.95 氧气流流动速度较小，氧气扩散过程较充分，氧气扩散 2.4弥散供氧形成富氧面积 损失较多，故形成的富氧面积较小 (1)不同出流流量下的富氧面积.弥散供氧形成 (3)不同出氧管径下的富氧面积.不同出流流量 的富氧区域所围成的面积为富氧面积.计算不同出流 的富氧以不同的出氧口管径弥散供氧形成的富氧面积 流量下的富氧面积，得到富氧面积与出流流量变化，见 如表5所示. 图5. 4.5 表5不同出氧口管径下弥散形成的富氧面积 口6mm管径富氧面积 Table 5 Oxygen-enriched area at different tube diameters 4.0 o8mm管径富氧面积 拟合曲线 出流流量/ 8mm管径 6mm管径 宫氧面积增加 3.5 (m3-h1) 富氧面积/m2 富氧面积/m2 相对值/% 3.0 1.50 3.992 4.256 6.61 1.20 2.987 3.302 10.55 2.5 0.75 1.721 1.958 13.77 2.0 0.60 1.307 1.458 11.55 19 由表5可以看出，相同流量的富氧以6mm管径出 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 16 氧时，弥散形成的富氧面积均比8mm管径出氧形成富 出流流量Nm之.h-) 氧面积大.这是由于相同流量的富氧以较小管径弥散 图5不同出流流量下弥散形成富氧面积 供氧时，流场内同一位置上流动速度更大，较大的流动 Fig.5 Oxygen-enriched area of oxygen diffusion 速度会加快氧气在空间扩散，故弥散形成的富氧面积 由图5可以看出，随着出流流量的增加，相应的富 也较大.相同流量的富氧以6mm管径出氧弥散所形 氧面积也增加.经拟合得到富氧面积与出流流量的关 成的富氧面积比8mm管径出氧时形成的富氧面积大 系为线性关系：出氧口管径为8mm时F=-0.49547+ 约10%：但是采用较小管径出氧使出流速度较大，使 2.9602L,出氧口管径为6mm时F=-0.37886+ 流场内速度较大，人员舒适性也较差 3.0838L,其中F为富氧面积，L为出流流量，相关系数 出流流量为0.6m3·h时，弥散供氧形成的富氧 R2≥0.95. 面积为1.3m2左右，该面积与单人活动范围面积相当， (2)不同出氧管数下的富氧面积.将出流流量为 故供氧量为0.6m3h可做为弥散供氧时单人基础供 1.5m3h和1.2m3h富氧分别以单出氧口和双出 氧量，以此为基础按人员多少配置弥散供氧设备大小 氧口弥散供氧时，不同管数下弥散形成的富氧面积如 及布置弥散供氧出氧口. 表4所示. 3 结论 表4不同出氧管数下弥散形成的富氧面积 Table 4 Oxygen-enriched area at different tube numbers (1)弥散供氧轴向最大速度和氧气轴向最大浓度 出氧口 出氧出流流量/ 富氧 采用双管富氧面积 均随轴向距离增加而衰减，且在轴向x=0~0.6m范 管径/mm 管数 (m3h1) 面积/m2 减少相对值/% 围内具有很大速度梯度和浓度梯度 (2)不同出流速度下弥散形成的富氧区域形状是 8 1 1.5 3.992 13.78 8 2 0.75 3.442 相似的，较小管径下富氧区域下游的浓度轮廓更接近 “半椭圆”形，弥散范围更大.拟合得到富氧区域外边 8 1.2 2.987 12.49 界扩展半宽度随轴向距离变化的关系式及富氧面积随 8 2 0.6 2.614 出流流量变化的关系式.富氧面积随出流流量变化关 6 1 1.5 4.256 7.99 系为：出氧口管径为8mm时F=-0.49547+ 6 2 0.75 3.916 2.9602L,出氧口管径为6mm时F=-0.37886+ 6 1.2 3.302 11.69 3.0838L. 6 0.6 2.916 (3)相同流量的富氧采用双出氧口弥散形成的富工程科学学报，第 37 卷，第 10 期 度关系可知，A 和 B 与出流速度均存在线性变化关系． 经拟合得到其关系式为: 出氧口管径为 8 mm 时A = － 0. 10621 + 0. 04377u0和 B = 0. 52811 + 0. 02858u0，出 氧口管径为 6 mm 时 A = － 0. 05845 + 0. 01794u0和 B = 0. 23311 + 0. 02174u0，其中相关系数 Ｒ2 ≥0. 95． 2. 4 弥散供氧形成富氧面积 ( 1) 不同出流流量下的富氧面积． 弥散供氧形成 的富氧区域所围成的面积为富氧面积． 计算不同出流 流量下的富氧面积，得到富氧面积与出流流量变化，见 图 5． 图 5 不同出流流量下弥散形成富氧面积 Fig． 5 Oxygen-enriched area of oxygen diffusion 由图 5 可以看出，随着出流流量的增加，相应的富 氧面积也增加． 经拟合得到富氧面积与出流流量的关 系为线性关系: 出氧口管径为 8 mm 时 F = － 0. 49547 + 2. 9602L，出 氧 口 管 径 为 6 mm 时 F = － 0. 37886 + 3. 0838L，其中 F 为富氧面积，L 为出流流量，相关系数 Ｒ2 ≥0. 95． ( 2) 不同出氧管数下的富氧面积． 将出流流量为 1. 5 m3 ·h － 1 和 1. 2 m3 ·h － 1 富氧分别以单出氧口和双出 氧口弥散供氧时，不同管数下弥散形成的富氧面积如 表 4 所示． 表 4 不同出氧管数下弥散形成的富氧面积 Table 4 Oxygen-enriched area at different tube numbers 出氧口 管径/mm 出氧 管数 出流流量/ ( m3 ·h － 1 ) 富氧 面积/m2 采用双管富氧面积 减少相对值/% 8 1 1. 5 3. 992 13. 78 8 2 0. 75 3. 442 8 1 1. 2 2. 987 12. 49 8 2 0. 6 2. 614 6 1 1. 5 4. 256 7. 99 6 2 0. 75 3. 916 6 1 1. 2 3. 302 11. 69 6 2 0. 6 2. 916 由表 4 可知，出氧管径为 8 mm 和 6 mm 时，相同出 流流量下采用双出氧口弥散供氧时，所形成的富氧面 积均比单出氧口时形成富氧面积少约 10% ． 这是因为 相同出流流量下采用双出氧口时，弥散流场区域内富 氧气流流动速度较小，氧气扩散过程较充分，氧气扩散 损失较多，故形成的富氧面积较小． ( 3) 不同出氧管径下的富氧面积． 不同出流流量 的富氧以不同的出氧口管径弥散供氧形成的富氧面积 如表 5 所示． 表 5 不同出氧口管径下弥散形成的富氧面积 Table 5 Oxygen-enriched area at different tube diameters 出流流量/ ( m3 ·h － 1 ) 8 mm 管径 富氧面积/m2 6 mm 管径 富氧面积/m2 富氧面积增加 相对值/% 1. 50 3. 992 4. 256 6. 61 1. 20 2. 987 3. 302 10. 55 0. 75 1. 721 1. 958 13. 77 0. 60 1. 307 1. 458 11. 55 由表 5 可以看出，相同流量的富氧以 6 mm 管径出 氧时，弥散形成的富氧面积均比 8 mm 管径出氧形成富 氧面积大． 这是由于相同流量的富氧以较小管径弥散 供氧时，流场内同一位置上流动速度更大，较大的流动 速度会加快氧气在空间扩散，故弥散形成的富氧面积 也较大． 相同流量的富氧以 6 mm 管径出氧弥散所形 成的富氧面积比 8 mm 管径出氧时形成的富氧面积大 约 10% ; 但是采用较小管径出氧使出流速度较大，使 流场内速度较大，人员舒适性也较差． 出流流量为 0. 6 m3 ·h － 1 时，弥散供氧形成的富氧 面积为 1. 3 m2 左右，该面积与单人活动范围面积相当， 故供氧量为 0. 6 m3 ·h － 1 可做为弥散供氧时单人基础供 氧量，以此为基础按人员多少配置弥散供氧设备大小 及布置弥散供氧出氧口． 3 结论 ( 1) 弥散供氧轴向最大速度和氧气轴向最大浓度 均随轴向距离增加而衰减，且在轴向 x = 0 ～ 0. 6 m 范 围内具有很大速度梯度和浓度梯度． ( 2) 不同出流速度下弥散形成的富氧区域形状是 相似的，较小管径下富氧区域下游的浓度轮廓更接近 “半椭圆”形，弥散范围更大． 拟合得到富氧区域外边 界扩展半宽度随轴向距离变化的关系式及富氧面积随 出流流量变化的关系式． 富氧面积随出流流量变化关 系为: 出 氧 口 管 径 为 8 mm 时 F = － 0. 49547 + 2. 9602L，出 氧 口 管 径 为 6 mm 时 F = － 0. 37886 + 3. 0838L． ( 3) 相同流量的富氧采用双出氧口弥散形成的富 ·1374·