Приточные струи

Струйные течения в помещении

Вентиляционный процесс обеспечения микроклимата

Характер распределения примесей вредных веществ в вентилируемом помеще­нии определяется главным образом возникающими воздушными течениями, кото­рые, в свою очередь, зависят от принятого способа организации воздухообмена.

Решающая роль в формировании полей температуры, скорости и концентрации

примесей принадлежит приточным струям и создаваемым ими циркуляционным течениям. При помощи приточных струй можно обеспечивать в определенных зонах помещения заданные параметры воздушной среды, существенно отличающиеся от таковых в окружающем пространстве (воздушные души, воздушные оази­сы); создавать воздушные завесы, препятствующие врыванию в помещение холодно­го воздуха; применять устройства, способствующие сдуву вредных веществ к месту их организованного удаления (местные отсосы с передувками).

Конвективные (тепловые) струи, формирующиеся вблизи стен и поверхностей оборудования, имеющих температуру, которая отличается от температуры окру­жающего воздуха, также могут оказывать определенное влияние на распреде­ление вредных веществ в помещении.

Тепловые струи, возникающие над нагретым оборудованием, способствуют выносу теплоты и вредных примесей в верхнюю зону помещений. Мощные кон­вективные потоки переносят в верхнюю зону помещений газы и пары даже в том слу­чае, если они тяжелее воздуха.

Струей называется поток жидкости или газа с конечными поперечными размера­ми, определяемыми границей струи. В технике вентиляции имеют дело с воздушными струями, которые распространяются в воздухе помещения. Такие струи называются затопленными. Вентиляционные струи являются турбулентными.

В зависимости от температуры истечения струи разделяются на изотермические и неизотермические. У изотермических струй температура во всем ее объеме равна температуре окружающего воздуха, у неизотермических струй температура изменяет­ся по мере ее развития, приближаясь к температуре окружающего воздуха.

В зависимости от конструкции воздухораспределительного устройства струи могут развиваться по разным траекториям. На рис.6.1 изображено развитие изотерми­ческой осесимметричной струи, все поперечные размеры которой симметричны от­носительно ее оси, которая является прямолинейной.

На границе струи, где продольная составляющая скорости равна нулю, имеет место интенсивное подмешивание масс воздуха в струю и уменьшение скорости воздуха. В пределах координатыскорость воздуха по оси струи и в ее поперечном сечении равна скорости истечения. Этот участок называется начальным. В последующем осе­вая скорость уменьшается, как и скорость в поперечном сечении.

Осессиметричные струи вытекают из круглого отверстия и являются компактны­ми. К компактным относятся также струи, вытекающие из квадратных и прямо­угольных насадков.

Плоские струи (рис. 6.2,а) образуются при истечении воздуха из щелевых отвер­стий с соотношением сторон больше 20. Струя рассматривается как плоская на рас­стоянии, гдеразмер большей стороны отверстия; в последующем струя рассматривается как компактная.

Веерные струи (рис. 6.2,б) образуются при принудительном рассеивании воздуха в плоскости на некоторый угол. Различают полные веерные струи с углом принуди­тельного рассеивания 360 град, и неполные веерные с углом менее 360 град/

Рис.6.1.Свободная изотермическая осесимметричная струя

Конические струи (рис.6.2.в) образуются при установке на выходе воздуха из от­верстия рассеивающего конуса с углом при вершине 60 ± 2,5°.

 

 

а б

 

В Г

Рис.6.2. Вентиляционные приточные струи: а) плоская; б) веерная; в)коническая; г) закручен­ная

 

Закрученные струи (рис.6.2.г) образуются закручивающими устройствами или при тангенциальном подводе в воздухораспределитель воздуха. Как и другие уст­ройства, принудительно расширяющие границы струи, закручивание струи предна­значено для ускорения затухания струи и снижения скорости воздуха в струе.

В технике вентиляции обычно имеют дело с неизотермическими струями. В таких

струях из-за разности плотности воздуха в струе и окружающего воздуха возникают гравитационные (архимедовы) силы, соизмеримые с силами инерции. Вследствие действия этих сил искривляется ось струи, отклоняясь от прямолинейной.

При горизонтальном или под углом к горизонту выпуске струи охлажденная струя опускается, а нагретая - всплывает.

Неизотермические струи из-за их криволинейной траектории часто называют воз­душными фонтанами (рис.6.3).

Рассмотрим кратко основные закономерности распространения приточных венти­ляционных струй, ориентируясь в основном на исследования И.А. Шепелева для двух видов струй: компактных и плоских.

Независимо от геометрической формы, выходные отверстия вскоре после ис­течения компактная струя приобретает симметрию относительно оси.

 

Рис.6.3.Схема воздушного фонтана.

При рассмотрении изотермических и слабонеизотермических струй исходят из сле­дующих посылок

1. Количество движения секундной массы воздуха в каждом поперечном се­чении одинаково и равно количеству движения начальной массы воздуха в струе:

(6.1)

2. Существует некоторый единый закон распределения скорости в сечении струи в зоне турбулентного перемешивания. Из известных аналитических выраже­ний предпочтение отдается экспоненциальному закону:

, (6.2)

где- осевая скорость, м/с;

- экспериментальная константа, равная 0,082; - координаты на плоскости, м.

Осевая скорость на расстоянии х от начального сечения

, (6.3)

где- начальная скорость истечения, м/с;

- площадь отверстия истечения, м2;

- аэродинамическая характеристика с

. (6.4)

Здесь- температура окружающего воздуха, К;

- температура в начальном сечении струи, К;

- коэффициент местного сопротивления воздухораспределителя.

3. Количество избыточного тепла потока воздуха в поперечном сечении струи неизменно и равно начальному:

(6.5)

4. Температура воздуха распределяется в поперечном сечении струи анало­гично скорости:

(6.6)

Температуру на оси струи находят по формуле:

(6.7)/p>

где- тепловая характеристика струи

. (6.8)

Плоские струи истекают в пространство из длинного щелевидного отверстия шириной 2В. Плоская струя, как и компактная, распространяется, перемешиваясь по пути с окружающим воздухом. В каждом сечении устанавливаются характерные профили скорости и избыточной температуры, описываемые уравнениями (6.2) и (6.6).

Для плоских, как и компактных струй, удовлетворяются условия 1и 3. Отличие состоит в определении аэродинамической и тепловой характеристик, которые для плоской струи равны

(6.9) (6.10)

Причем при определении осевой скорости и осевой избыточной температуры по формулам (6.3) и (6.7) вместо Fo следует подставлять удвоенную ширину выпуск­ного отверстия 2В.

Наличие нагретых источников в помещениях приводит к возникновению около них естественных конвективных потоков Соприкасающийся с поверхностью воздух нагревается, возникает подъемная сила, под действием которой нагретый воздух поднимается вверх. На смену ему поступает окружающий воздух. В поднимающемся

потоке нагретого воздуха под действием сил внутреннего трсния и в результате под­мешивания окружающего воздуха формируется распределение скорости и избыточ­ной температуры, аналогичное приточным струям. Поэтому такое течение называ­ют конвективной струей.

Рис.6.4.Схема формирования конвективных струй

На рис.6.4. представлены схемы формирования конвективных струй около раз­лично расположенных поверхностей: а) у вертикальной нагретой поверхности; б) у вертикальной охлажденной поверхности; в) над компактной или осесимметричной нагретой поверхностью, заподлицо с плоскостью; г) над плоской нагретой поверхно­стью, заделанной заподлицо с плоскостъю; д) над объемной нагретой поверхностью источника е) над нагретой поверхностью, расположенной в углублении; ж) над объ­емной нагретой поверхностью источника (например, отопительный прибор, распо­ложенный вблизи вертикальной стены.

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 (см.рис.6.5). 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 поджатостъю струи,

составляющей около 0,7D, располагается переходное сечение. Далее расположен ос­новной участок с симметричным относительно осевой линии профилем скоростей и избыточной температуры, характерным для турбулентных струй.

Длина участка формирования составляет для осесим- метричных струй (1-2)D, для плоских -(2-2.5)В. Здесь D- диаметр круглого источника или эквивалентный диаметр прямоугольного источника с соотношением сторон

А/В < 3; В-ширина вытянутого в плане источника.

Рис.6.5.Формирование конвективной струи

Рассмотренные выше закономерности вентиляционных струй относятся к свобод­ным струям. В реальных помещениях, как правило, струи бывают стесненными ограждениями и оборудованием.