10605

60

Определение координат характерной точки струи (точки

пересечения осью струи уровня рабочей зоны помещения):

Рис.6.3. Схема распространения приточной струи в помещении

Расположим координатные оси на оси выходного отверстия воздухораспределителя, ординату направим вертикально вниз (рис. 20).

Вертикальная координата зависит отметок воздухораспределителя и рабочей зоны:

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Что такое воздухораспределение?

2.Нормируемый температурный перепад.

3.Что такое характерная точка приточной струи?

4.Зона прямого действия приточной струи.

5.Настилающиеся и ненастилающиеся приточные струи.

61

6.Что такое ширина зоны орошения приточной струи?

7.Коноидальные приточные струи.

8.Основные расчетные параметры приточных струй.

9.От чего зависят горизонтальная и вертикальная координаты характерной точки приточной струи?

7.КОНВЕКТИВНЫЕ СТРУИ

Впомещениях, где имеются источники теплоты возникают естественные конвективные потоки, образующиеся при соприкосновении воздуха помещения с поверхностью источника.

Конвективный теплообмен нагретых поверхностей с окружающим воздухом приводит к уменьшению плотности соприкасающегося с поверхностью воздуха и появлению силы Архимеда, под действием которой нагретый воздух поднимается вверх. На смену ему непрерывно подтекает окружающий воздух.

Вподнимающемся потоке нагретого воздуха под действием сил внутреннего трения и в результате подмешивания окружающего воздуха формируется распределение скоростей и избыточных температур, аналогичное приточным струям.

При контакте с «холодными» источниками, такими как наружные стены или поверхности остекления, формируются нисходящие конвективные потоки.

Конвективные потоки, формирующиеся над тепловыми источниками, являются одним из основных факторов, определяющих циркуляцию воздуха в помещении, влияющую на распределение температур и концентрации вредных веществ.

Взависимости от геометрических размеров тепловые источники могут быть отнесены: к круглым, квадратным и прямоугольным (при соотношении длин сторон A/B<10), формирующим компактные конвективные потоки. Плоские конвективные потоки формируются над вытянутыми в плане (A/B > 10) источниками тепловыделения. Осесимметричные конвективные потоки формируются у нагретой поверхности, имеющей в плане форму круга или квадрата с

62

соотношением сторон (A/B < 3).

При расчёте конвективных потоков необходимо учитывать теплоотдачу нагретой поверхности источника, которая может быть заделана заподлицо в плоскость; установлена на основании; расположена в углублении (рис.7.1).

Чем больше передаётся теплоты от источника, тем интенсивнее движение воздуха у его поверхности. Так как количество переданного теплоты пропорционально разности температур и площади нагретой поверхности, то свободное движение воздуха над источником определяется именно этими факторами.

Структура пристенного конвективного потока у нагретой поверхности достаточно сложна. Конвективный поток состоит из трех слоев: ламинарного подслоя, перенос тепла здесь осуществляется путем ламинарного обмена; турбулентного пристенного слоя и третьего - подвижного слоя нагретого воздуха, названного вихревым. В этом слое наблюдаются вихревые образования, способствующие интенсивному перемешиванию ближайших к поверхности слоев нагретого воздуха с воздухом помещения и участию их в конвективном движении.

Конвективные потоки около горизонтальных нагретых поверхностей по аналогии с приточными струями можно рассматривать как состоящие из двух участков: разгонного (или формирования) с возрастающей скоростью на оси и основного - с убыванием скорости на оси (рис. 7.2).

Разгонный участок состоит из ламинарного подслоя, расположенного непосредственно у нагретой поверхности, и пограничного слоя конвективной струи, состоящего из отдельных, взаимодействующих между собой нагретых струек, сформированных в сплошной поток. В конце участка формирования, характерного максимальной скоростью и некоторой поджатостью струи, составляющей около 0,7D, располагается переходное сечение. Далее расположен основной участок с симметричным относительно осевой линии профилем скоростей и избыточных температур, характерным для турбулентных струй.

64

Длина участка формирования составляет для осесимметричных (1…2)D, для плоских - (2…2,5)В.

Здесь D - диаметр круглого или эквивалентный диаметр прямоугольного в плане

источника с соотношением сторон (A/B ≤3); В - ширина вытянутого в плане источника

тепловыделения.

Для практических расчетов, согласно, могут быть рекомендованы расчетные зависимости для основного участка конвективных струй, представленных в табл. 7.1, где использованы следующие обозначения Q0 - конвективная составляющая источника, Вт, определяемая по формулам:

-для горизонтальной поверхности

где tn и tв - температуры нагретой поверхности и воздуха в помещении, 0С;

Fг и Fв - площади горизонтальных и вертикальных поверхностей источников, м2.

Значение коэффициента n принимается в зависимости от tn (табл.7.1). Таблица 7.1

При наличии объемных источников теплоты принимается суммарная теплоотдача всех поверхностей

Расход воздуха в настилающейся конвективной струе, формирующейся от теплового источника, расположенного рядом с вертикальной поверхностью, составляет около 50% от величины, рассчитанной для свободных конвективных струй, а для теплового источника, расположенного в углу, - 25% от расхода в свободной конвективной струе.

65

Таблица 7.2

Формулы для расчета конвективных струй

z - расстояние от нагретой горизонтальной поверхности источника до рассматриваемого поперечного сечения, м; при нагретой (или охлажденной вертикальной поверхности от низа греющей (или верха охлаждающей) поверхности;

q0 - плотность теплового потока от вертикальной поверхности, Вт/м , на единицу длины источника;

Fz - площадь нагрева вертикальной поверхности, м ;

∆tz - избыточная температура на оси конвективного потока, равная (tz - t ), где t - температура окружающей среды.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Что такое конвективная струя?

2.Структура пристенного конвективного потока.

3.Схемы формирования конвективных потоков.

4.Основы расчета конвективных струй.

66

8.

Если рассматривать отвод воздуха из окружающего пространства через точку, то геометрическое место точек с одинаковыми

Площадь поверхности сферы для r1 можно рассчитать по формуле:

Расходы воздуха на границе сфер с радиусами r1 и r2 будут равны между собой:

Или в развернутом виде:

V1 F1 = V2 F2.

Тогда, преобразовывая полученное выражение с учетом уравнений 8.1 и 8.2, получим соотношение скоростей на разных расстояниях от точечного стока

Для точечного стока отношение скоростей обратно пропорционально

квадрату отношения расстояний для рассматриваемых точек (радиусов).

Линейный сток

При линейном стоке воздух отводится через линию длиной l.

Если условное всасывающее отверстие выполнено в форме вытянутой щели бесконечно малого сечения (в форме линейного стока) изотахи будут принимать цилиндрическую форму.

Рис.8.2 Схема линейного Отвод воздуха через условную линию l стока

вызовет перемещение воздуха на различных расстояниях. Например, на расстоянии r1 и r2 от центра поверхности постоянных скоростей будут иметь цилиндрическую форму с соответствующими радиусами.

Объемный секундный расход воздуха на расстояниях r1 и r2 можно определить по аналогии с вышеприведенной методикой:

Тогда, при условии L1 = L2 следовательно получим:

68

V1 2 π r1 l =V2 2 π r2 l .

Подставляя значения скоростей и площадей для линейного стока, получим отношение скоростей для линейного стока

пропорционально отношению расстояний для рассматриваемых точек (радиусов).

Понятия точечного и линейного стоков позволяют дать качественную оценку движения воздуха около реальных вытяжных отверстий круглой и щелевидной формы, а также, в первом приближении, оценить распределение скоростей движения воздуха около этих отверстий.

Экспериментальные исследования распределения скоростей около всасывающих отверстий показали, что действительная картина поля скоростей вблизи отверстия заметно отличается от определенной по стокам.

Достаточное для многих практических расчетов совпадение наблюдается на расстоянии от отверстия x ≥ do (для круглых отверстий диаметром do) или

x ≥ 2 Bo (для прямоугольных (щелевых) отверсти шириной (высотой) 2 Bo).

В щелевидных отверстиях большое влияние на распределение скоростей оказывают торцы щели, так как в этих местах движение воздуха более похоже на точечный сток, чем на линейный.

8.2 Движение воздуха вблизи всасывающих отверстий круглой формы

Вблизи вытяжных отверстий с конечными размерами закономерности движения воздуха зависят от формы отверстия и его размеров (соотношения сторон).

69

Для рассмотрения характера движения воздуха вблизи всасывающего отверстия круглой формы и закономерностей его изменения рассмотрим следующую задачу:

Через круглое отверстие диаметром do (радиусом Ro), расположенное в плоской стене удаляется воздух со скоростью на оси потока vo c объемным расходом Lo.

Необходимо определить значение осевой скорости voх на произвольном расстоянии х от среза отверстия.

Рис. 8.3 Схема движения воздуха вблизи вытяжного отверстия круглой формы

На расстоянии r от центра в плоскости отверстия выделим элементарную площадку dF, которая образуется поворотом радиус-вектора r на угол dφ c приращением dr. Площадь элементарной площадки выразится равенством

dF = r dφ dr.

Элементарный расход воздуха через элементарную площадку в плоскости

воздуха в объеме вокруг отверстия. Т.к. отверстие расположено в стене, то местоположение точек с постоянными скоростями будет представлять собой поверхность в форме полусферы радиусом R. Элементарный расход воздуха на