风系统中静压箱特性的研究及应用

静压箱是一种传统的通风设施，常常被应用于恒温、恒湿和洁净室以及环境气候室这类对室内温度、湿度、洁净度和气流分布均匀性有精确要求的空调风系统中，它既可用来减少通风、空调系统中的噪声，又可获得均匀的静压出风，减少动压损失。在实际的通风系统和空调的风系统中，常常会遇到通风管道方变圆、圆变方、变径、直角拐弯、多管交汇等情形，都需要有特定的管件来连接，这些特定管件的制作，既费时，又消耗材料，安装也不便利。这时，采用静压箱作为管件来连接它们，就能大大地简化系统，从而使静压箱起到一种万能接头的作用。一般说来，不同管形和管径的通风管道与静压箱的连接方式主要有直连、直角连接、三通连接、四通连接几种。虽然这些连接方式被经常用在实际的工程当中，其性能如何，目前却少有研究。本文拟从消声、降阻、均压几个方面来研究一下静压箱的性能。

静压箱的消声性能

静压箱安装在通风管道系统中，实质上它就是一种抗性的单室扩张室消声器，其消声原理有二条：一条是利用管道的截面突变（即声阻抗的变化），使沿管道传播的声波向声源方向反射回去；二是利用扩张室和通风管道内插的长度，使向前传播的波和管子不同界面的反射声波相差180度相位，使二者振幅相等，相位相反，相互干涉，从而达到理想的消声效果。

直连式静压箱的消声效果可沿用单室扩张室消声器消声值计算公式：

式中：m-静压箱的扩张比，即静压箱横断面积与风管横断面积之比；

L —静压箱的长度，m；

k —波数，k=2πf/c；

c —空气中声速，c=331.45+0.6t，m/s；

f —噪声频率，Hz；

t —空气温度，℃。

从静压箱消声量公式可见，静压箱的消声频率特性是正弦波形，当sinkL=1时消声值最大，相应的频率记之为f _o ；当sinkL=0时消声值最小。m值决定着消声量。不同频率与扩张比的消声值详见下表。

研究表明：声波穿透静压箱声能的大小与接管的尺寸和入射声波的波长有关。出口尺寸适当减小有利于消除低频噪声，相应地高频透射的声能却要增加。所以必须根据不同的噪声源的频谱决定出风口尺寸。如果连接静压箱的风管插入箱体内，则有利于消声效果的提高，插入深度为四分之一静压箱的长度时，消声效果最好。如果静压箱采用吸声材料制作或在箱内贴有吸声材料，使它成为一个阻性消声器，这样，抗性消声与阻性消声相结合，可大大提高静压箱的消声效果。

采用直角、三通、四通连结的静压箱连接方式，当风流传递噪声时，由于声波叠加，会使声波的传播方向偏离主导风流方向，或相互干涉，更有利于消声效果的提高。在实验室中，我们对直连、直角连接、三通连接三种方式的静压箱及无静压箱的传统连接的消声效果进行了考察，结果表明：三通连接消声效果最好，直角连接的消声效果次之，直连的消声效果再次之，传统连接方式的消声效果最差。管道中的风速对消声量的影响也很大，采用变频调速可大大减少噪声。

静压箱的均压和阻力特性：

静压箱用在多风管交汇处，其实质就是一个流量分配器。流量分配器要求有很均匀的静压分布。风流由进风管射入静压箱实际上就是一种有限射流，风流射入静压箱以后，必需使其动压尽可能地转化为静压。为此，静压箱的长度必须大于射流射程的扩张段长度。实验表明：静压箱内的有限射流扩张段长度为静压箱断面积平方根的2倍左右。

研究表明，静压箱箱体的几何特性和箱体的进、出风口特性是影响静压分布均匀性的重要因素。静压箱的扩张比越大，均压效果越好，静压箱的长度越长，均压效果越好。

静压箱在系统正常运行时，它对风流具有阻力，影响阻力的主要因素有两个方面：一是通风管道突然扩大或突然缩小引起的局部阻力；二是静压箱内流场改变（风流方向改变）引起的局部阻力。由于静压箱内的风速很小，其沿程阻力可忽略不计。

当风流经过通风断面突然扩大处时（如图1），风流速度急剧地由V1降到V2，使空气质点相互间产生激烈冲击并出现涡流现象，从而造成风流的能量损失。此损失可按下式计算：

当风流经过通风断面突然缩小处时（如图1），局部阻力则按式（3）计算，其值一般比突然扩大的局部阻力小。

为了比较传统连接方式和采用静压箱连接的阻力大小，在一个管径不同的直角拐弯连接处，进行试验，静压箱连接的阻力比传统的弯头阻力小32%。

在通风管道方变圆、圆变方、变径、直角拐弯、多管交汇等多种情形集中的地方，采用静压箱，可减少通风阻力，节省通风能耗。

通风系统中静压箱的设计与实际应用：

（1）静压箱扩张比的确定

从式（1）或表1可以看出，要获得较大的消声量，应尽可能地加大扩张比，当然也不能无限度地增大，因为扩张式消声器的上限截止频率是与消声器的截面半径成反比的。扩张比的选取先根据系统实际消声量按公式（1）初定，然后根据静压箱所处的实际位置和经济等因素综合取值。

（2）静压箱长度的确定

静压箱长度的确定要满足两个条件。第一，要使它的均压效果最好，静压箱的长度要略大于进风射流的有效射程；第二，要使它对实际噪声频率的噪声消声量最大，即满足下式：

式中：n—-1，2，3，  ；

c —空气中声速，m/s；

f _i —实际需要消除的噪声频率，Hz。

在湘潭两所高校的化学实验室建设中（规模和系统设计相近），第一个工程是采用传统连接，第二个工程在总管与支管交汇处，凡有方变圆和直角拐弯的地方，均采用静压箱连接。两个工程相比，后者风管配件材料、制作、安装等费用可节省20%左右，噪可降低30%，阻力可减少15%左右。因此，把静压箱很好地应用于通风系统中，可提高通风系统的综合性能。