10605

30

В процессе распространения приточные струи вовлекают в движение окружающий воздух помещения, в результате чего в помещении формируется определенное поле температуры, поле скоростей (подвижности воздуха) и поле концентраций вредных веществ, выделяющихся в помещении.

Приточный свежий воздух разбавляет (ассимилирует) избытки теплоты, водяных паров и вредных веществ в данном помещении, что способствует поддержанию требуемых метеорологических условий.

Вытяжные струи организуются местными и общеообменными вытяжными установками и предназначены для захвата и удаления загрязненного воздуха из помещения.

На распространение приточных струй оказывают влияние следующие факторы:

1.Взаимодействие соседних струй между собой.

2.Температура приточных струй.

3.Вид воздухораспределителей.

4.Количество и расположение воздухораспределителей в плане и по высоте помещения.

5.Наличие на траектории движения приточных струй ограждающих конструкций или иных препятствий.

6.Количество и место расположения вытяжных отверстий в помещении.

4.1. Классификация приточных струй

Характер формирования и конечного распределения по объему помещения полей температур, влагосодержаний и концентраций вредных примесей определяется в основном возникающими в вентилируемом помещении потоками воздуха – воздушными течениями. Воздушные течения, в свою очередь, определяются способом организации воздухообмена. Решающее значение на эти процессы оказывают приточные струи.

Подача приточных струй в отдельные зоны помещения позволяет:

31

1. поддерживать параметры воздуха, отличающиеся от значений в окружающем пространстве (например, такое возможно при устройстве

воздушных душей);

2.создавать воздушные завесы, препятствующие поступлению неподогретого наружного воздуха;

3.повысить эффективность систем местной вытяжной вентиляции за счет создания “воздушного укрытия” - экрана над источником вредностей (местные отсосы с “передувкой”).

Над нагретыми поверхностями оборудования возникают и распространяются конвективные (тепловые) струи. Тепловые струи обладают значительной “мощностью” потока, что приводит к переносу теплоты и вредных примесей с конвективным потоком в верхнюю зону даже при плотности вредных компонентов ρвр > ρр.з. Вблизи охлажденных поверхностей также возникает течение тепловых струй.

Некоторое влияние на микроклимат помещения оказывают и вытяжные струи – течения, возникающие вблизи вытяжных отверстий для удаления загрязненного воздуха.

2. В зависимости от соотношения плотности воздуха в струе и помещении: струи, поступающие в помещения, заполненные воздухом равной или большей плотности, называются затопленными струями.

3.По характеру распространения:

струи, на развитие которых не оказывают влияние ограждающие конструкции, называются свободными. Струи, взаимодействующие с ограждениями или друг с другом называют стесненными.

Струя, выпущенная вблизи плоской поверхности (потолок) будет двигаться вдоль неё (налипать на поверхность). Такие струи называют

полуограниченными или настилающимися.

32

На практике принято считать, что будет затопленной при условии

Fстр ≥ 0,25 F пом,

где Fстр - площадь поперечного сечения струи;

F пом - площадь поперечного сечения помещения в плоскости, перпендикулярной оси струи.

4.По температурному режиму струи бывают изотермическими и

неизотермическими.

Если температура воздуха в объеме выпущенной струи равна температуре окружающего воздуха, струя называется изотермической.

Вентиляцию помещений осуществляют неизотермическими струями. Неизотермические струи делят на слабонеизотермические и

неизотермические (воздушные фонтаны).

5. В зависимости от условий выпуска воздуха (формы отверстия) струи могут иметь параллельные векторы скорости и могут иметь некоторый угол между собой.

Компактные струи (а). Компактными называются

струи с параллельными векторами скоростей, выходящие из отверстий круглой, квадратной и прямоугольной (соотношение сторон 1:2…1:3) формы.

Компактные струи являются прямоточными – векторы скоростей на выходе из отверстия параллельны.

Компактные струи осесимметричны – на некотором удалении от выпускного отверстия все поперечные размеры струи симметричны относительно её (прямолинейной) оси.

Для круглых отверстий струя осесимметрична на всем протяжении. Для квадратных и прямоугольных – на расстоянии x > 10 dусл , где dусл = √1 × 3.

33

На некотором расстоянии xн (длина начального участка) векторы скоростей становятся непараллельны, струя становится раскрывающейся. В потоке образуется угол раскрытия струи, который для воздуха составляет

сначала становится эллипсовидной, затем на расстоянии x > 10 dусл - круглой.

Конические струи (в). Струи, прошедшие через диффузор, имеют принудительный угол раскрытия, равный углу раскрытия диффузора (обычно

60± 2,5о). Такие струи называются коническими.

На расстоянии 10 do угол раскрытия струи становится равным α ≈ 12º 25´.

34

Кольцевые струи (г, д). Струи, выходящие через кольцевые щели с углом подачи воздуха β ≤ 180º, называются кольцевыми.

Среди кольцевых струй выделяют следующие разновидности:

- Полые конические струи (г). При величине угла подвода воздуха к кольцевым отверстиям

β= 135O , струи называются полыми коническими.

-Веерные струи (д). При воздухораспределении через плафоны, угол подвода воздуха в которых β = 90O , струя называется веерной.

Если струя распространяется равномерно на 360º , то такая струя называется полной веерной.

Если существует какое-либо ограничение на распространение струи, то такая струя называется

неполной веерной.

Закрученные струи. Когда воздухораспределитель оборудован устройствами для придания потоку воздуха вращения вокруг своей оси (закручиватели), либо, когда воздух подводится в воздухораспределитель тангенциально струя называется закрученной.

Устройства для принудительного изменения угла раскрытия струи (диффузоры) и закручиватели предназначены для снижения скорости воздуха в струе и ускорения её затухания.

4.2. Свободные изотермические струи

Свободная струя, выпущенная в помещение, вовлекает в движение окружающий воздух. Масса струи постепенно от сечения к сечению увеличивается, границы расширяются, а скорость воздуха в струе снижается.

35

Рис. 4.1 Схема свободной изотермической струи

На расстоянии скорость на оси струи составляет 20 % от

скорости в выходном сечении (vox = 0,2 vo ), а масса перемещаемого воздуха увеличивается в 4,6 раза.

В приточной струе различают три участка (см. рисунок):

- начальный участок (в пределах контура АВCD) с длиной xн;

Начальный участок характеризуется постоянством осевой скорости, равной скорости истечения воздуха из воздухораспределителя, т.е. в пределах начального участка vo = const.

В пределах начального участка рассматривают:

-объем, в котором скорости в любой точке равны скорости истечения vo – конус AED. Эту часть начального участка называют ядром струи;

-слои ABE и DEC, в пределах которых скорость воздуха по мере удаления от оси струи уменьшается до нулевого значения на границе потока (линии AB и DC). Их называют пограничными слоями.

-переходный участок (переходное сечение BC);

На переходном участке скорость истечения vo сохраняется только на оси потока. Переходный участок имеет незначительную длину, поэтому им пренебрегают.

- основной участок – участок за пределами переходного (например,

BFGC).

37

(характеризует соотношение сил инерции и гравитационных сил в струе воздуха):

где lo – определяющий геометрический размер выпускного отверстия: для круглых отверстий lo = Ro ;

для прямоугольных отверстий lo = Во;

to и tокр – температуры воздуха в начале струи и в окружающем пространстве, оС;

vo – начальная скорость струи, м/с;

Tокр – абсолютная температура окружающего воздуха, К.

Чем больше разность плотностей воздуха в струе и окружающем пространстве и чем меньше начальная скорость, тем больше будет искривление траектории струи и наоборот.

Из экспериментальных исследований известно, что при значении Ar < 0,0005 (слабонеизотермические струи) влияние гравитационных сил незначительно и траектория таких струй практически прямолинейна.

Основные закономерности для нагретой струи,

выпущенной под углом к горизонту

Рассмотрим возможные траектории движения струй, выпущенных под углом αо к горизонту (рис.4.3):

-неизотермической (нагретой) (линия ОА);

-изотермической струи (линияOБ).

Из-за различной плотности воздуха в струе и в окружающем воздухе ось струи под действием архимедовой силы изгибается вверх.

На траектории неизотермической струи выберем точку А, в которой скорость на оси потока будет равна voс. В этой точке вектор скорости будет

38

Рис.4.3. Траектория движения нагретой струи, выпущенной под углом к горизонту

иметь угол α к горизонту, отличающийся от угла αо (α >αо), т.к. под действием гравитационных сил нагретые струи отклоняются вверх от первоначальной траектории.

Относительная осевая скорость в точке А будет равна:

39

7D = 7ос =@A >

Спроецируем точку А с оси неизотермической струи на ось изотермической струи, получим точку Б, расположенную на расстоянии S от выходного отверстия. Осевую скорость в точке Б обозначим относительную осевую скорость - через 7EF .

Проекции осевой скорости в точке Б на оси координат:

Сравнивая векторы скоростей и их проекции, можно сделать вывод о том, что горизонтальная проекция осевой скорости в точках А и Б остается

где 7EF? – проекция вектора осевой скорости изотермической струи на ось OY;

7п – скорость, возникающая в результате действия выталкивающей силы Архимеда – подъемная скорость.

Выражение (4.11) можно представить в виде:

7ос =@A > = 7EF =@A >G + 7п.