Граница воздушной струи. Основные характеристики турбулентных свободных струй. Струйные течения в помещении

Устройство, через которое воздух из приточного воздуховода поступает в помещение, представляет собой воздухораспределитель. Закономерности pacпространения приточных струй. Из круглого отверстия диаметром d о в неограниченное пространство поступает воздух (рис. 21, а). В наиболее общем случае отверстие закрывается специальными насадками: диффузорами, сетками, решетками и др. Если температуры воздуха выходящего из отверстия и в пространстве одинаковы, тогда ось струй искривляться не будет. Поток воздуха, выходящий из отверстия, турбулентный. Поэтому частицы имеют соответствующие скорости не только в направлении оси струи, но и в поперечном направлении. Это объясняет движение воздуха, окружающего струю, расширение границ струи и торможение струи, т.е. уменьшение скорости. Границы струи определить трудно, к тому же для неизотермических струй динамические (скоростные) и температурные границы не совпадают. Поэтому за динамическую границу струи принимают удвоенное расстояние от оси до точки, где скорость равна половине осевой (рис. 21, а). Развитие струи характеризуется тремя участками. На участке формирования происходит слияние отдельных струек в сплошной поток в плоскости, перпендикулярной направлению выпуска. Начальный участок струи характеризуется постоянной скоростью и температурой по оси струи, постепенно формируясь в основной участок. Та часть струи, в пределах которой скорости не меняются, называется ядром сечения. Наибольшее значение для расчётов воздухораспределения имеет поведение струи на основном участке. Здесь осевая скорость непрерывно убывает, а профили скоростей в поперечных сечениях подобны. Скорость в любой точке струи определяется в зависимости от расстояния х от места выпуска и расстояния y по формуле:

Где w x − скорость на оси струи; С = 0,082. Если струя поступает в окружающую среду с другой температурой, то она является неизотермической. Неизотермичность струи учитывается критерием Архимеда (Аr):

, (102)

Где β = 1/Т в − коэффициент объемного расширения воздуха, 1/К; g = 9,8 − ускорение свободного падения, м/с 2 ; d о − диаметр воздухораспределительного устройства,м; w о − скорость выхода воздуха, м/с; (t в – t п) – рабочая разность температур, °С. При Аr > 0,001 ось неизотермической струи заметно искривляется; при
t п > t в струя «всплывает» вверх, при t п < t в струя, наоборот, опускается вниз. Изменение закономерностей движений приточных неизотермических струй по сравнению с изотермическими приводит к несколько иным закономерностям распределения температур в струе. Это учитывается коэффициентом неизотермичности струи К н в формулах:

; (103)

. (104)

Где w x и ∆t x − скорость и избыточная температура на оси струи на расстоянии х от места выпуска; m − коэффициент затухания скорости в основном участке; n − коэффициент затухания температуры, зависят от конструкции воздухораспределителя. Искривленная ось траектории приточной неизотермической струи описывается уравнением:

. (105)

Совсем другими закономерностями описывается всасывающий факел. Устройства воздухоудаления представляют собой приемные отверстия вытяжного и рециркуляционного воздуха, оборудованные решетками и перфорированными панелями. При всасывании в устройство воздухоудаления воздух поступает со всех сторон. На рис. 21, б показаны линии равных скоростей и линии токов для всасывающего отверстия. Закономерности течения воздуха в этом случае зависят от формы отверстия: у круглого отверстия уже на расстоянии одного диаметра скорость воздуха составляет всего 5 % от скорости в центре отверстия. По мере удаления от устройства скорость воздуха затухает быстрее, чем у приточной струи. Сравнивая закономерности распространения простейшей приточной струи и характер всасывания, можно сделать вывод об их принципиальном различии. Приточные струи дальнобойны, то есть, могут распространяться в пределах значительной части помещения, определяя тем условия обитания. Вытяжной факел, напротив, быстро «угасает». Поэтому характер движения воздушных потоков и эффект воздухораспределения определяется в первую очередь приточными струями. По этой же причине расчёт сводится, прежде всего, к выбору приточных устройств, обеспечивающих в обитаемой зоне помещения заданные условия. Классификация приточных струй. Различают приточные и вытяжные струи, затопленные и незатопленные. Затопленные струи различаются тем, что поступают в ту же среду, например, воздух в воздух. Вентиляционные струи всегда затопленные. По геометрической форме приточные струи могут быть: компактными, плоскими и веерными. Компактные струи образуются при выпуске воздуха из цилиндрических труб, круглых, квадратных и прямоугольных отверстий, как открытых, так и затененных решетками, перфорированными листами. Плоские струи формируются при истечении воздуха из щелевых каналов воздушных завес, воздуховодов, прямоугольных вытянутых отверстий, как открытых, так и затененных решетками, перфорированными листами. Веерные струи образуются при раздаче воздуха через насадки с плоским диском, поворачивающим струю на 90° и распространяющим поток воздуха во всех направлениях. По способу распространения струи различают: свободные , распространяющиеся без изменения своей формы и стесненные , имеющие на своем пути преграду из различных предметов или конструкций, или других струй. Струи, имеющие ту же температуру, что и окружающая среда, называются изотермическими . Струи с температурой выше окружающей среды − неизотермическими , или слабонагретыми. Ось такой струи отклоняется кверху (струя всплывает). Струи с температурой ниже окружающей среды − тоже неизотермическими, или слабоохлажденными. Ось струи отклоняется книзу (струя тонет). Струи, выпущенные параллельно какой-либо поверхности (обычно это потолок), налипают на него, но через некоторое расстояние происходит отрыв. Такая струя активнее обычной в 1,4 раза. Струи могут быть настильными и отрывными. Настильные струи распространяются вдоль некоторой поверхности, например перекрытия, при этом их дальность действия увеличивается. Такой приём, как настилание струи применяют, например, для помещений малой высоты, при наличии гладкого перекрытия с тем, чтобы удлинить путь движения воздуха до рабочей зоны. Отрывные струи , напротив находят применение в помещениях большой высоты, а также при наличии поперечных по отношению к струе ребер. Конструкции воздухораспределительных устройств. По конструктивному исполнению воздухораспределители и устройства воздухоудаления весьма разнообразны: решетки, плафоны, сопла, перфорированные панели и воздуховоды, различного рода насадки и т.д. Рассмотрим устройство и принцип работы наиболее характерных из них. Приточная регулируемая решетка (рис. 22, а) получила широкое применение в помещениях со стороны стен, в основном в многокомнатных административных, общественных и лечебных зданиях. Различные модификации решетки снабжаются поворотными перьями 1, которые позволяют управлять направлением струи (горизонтально, направленно на перекрытие или в нижнюю зону), выбирать тип струи, изменять дальнобойность струи и равномерность параметров в рабочей зоне. Направляющие 2 обеспечивают выход воздуха под углом к плоскости отверстия, близким к нормальному. Тяга 3, устанавливаемая в потоке воздуха, позволяет изменять расход приточного воздуха. Многообразные конструкции воздухораспределителей, предназначенные для подачи приточного воздуха со стороны перекрытия, получили наименование потолочных анемостатов. Некоторые конструкции таких устройств показаны на рис. 22, б, в, д, е. Все они создают веерные (настильные или отрывные) струи. В таких случаях происходит весьма интенсивное снижение скорости и избыточной температуры. Это объясняется развитой поверхностью, в пределах которой происходит эжекция. Двухструйный плафон (рис. 22, б) даёт возможность при поднятом диске 1 получать отрывную веерную струю, а при опущенном − настильную струю. Под диском при подаче воздуха через плафон возникает разрежение. Для стабилизации режима работы в центре диска имеется отверстие, через которое выходит очень малая часть потока. Этот воздух выходит струей под диск, где возникает разрежение. В модернизированной конструкции плафона диск имеет много мелких отверстий, т.е. перфорацию. В этом случае кроме веерной струи в центре образуется ассимметричная струя. Многодиффузорный плафон (рис. 22, в) сконструирован так, что создаётся принудительный угол расширения воздушного потока. Количество диффузоров определяет число полных веерных струй. Комбинированный приточно-вытяжной плафон (рис. 22, г) находит применение в случае, когда подача и удаление воздуха производятся через вышерасположенный технический этаж. Подача воздуха производится полными веерными струями. В центре плафона производится удаление воздуха из помещения. В такой конструкции важно принять меры к устранению перетекания приточной струи во всасывающее отверстие. Такая конструкция получила широкое распространение. Центробежный анемостат (рис. 22, д) работает следующим образом. Приточный воздух подаётся по стрелке 1. На турбину 2 он поступает тангенциально, т.е. по касательной. Поэтому своей энергией воздух приводит турбину 2 во вращение. При этом в нижней части подсасывается воздух из помещения. На выходе 3 происходит интенсивное перемешивание приточного и рециркуляционного воздуха. Поэтому даже в низких помещениях удаётся распределить воздух при большой рабочей разности температур. Вращающийся воздухораспределитель показан на рис. 22, е. Отличие его от всех ранее рассмотренных заключается в импульсном характере формирования струи. В этом случае получается наибольшее гашение скоростей и избыточных температур. Сам воздухораспределитель вращается относительно неподвижного подводящего патрубка. Воздух, проходя через каналы, образованные направляющими перегородками, выходит в помещение. При выходе воздуха возникает пара сил, которая и приводит во вращение подвижную часть воздухораспределителя. При этом в одном и том же фиксированном направлении воздух поступает импульсно, отдельными порциями. Это обеспечивает весьма быстрое гашение параметров.
Схемы вентилирования помещения учитывают место подачи приточного и удаление вытяжного воздуха. Различают такие схемы, как «сверху-вниз», «сверху-вверх», «снизу-вверх», и другие. Для помещений большой высоты (более 8 м) применяется подача в среднюю зону. Для каждой схемы характерна своеобразная циркуляция воздушных потоков, В результате каждый раз формируется определенное соотношение между характерными температурами воздуха. Три температуры являются характерными для помещения: температура воздуха в рабочей зоне t в (обычно задана); температура приточного воздуха t П. (определяется обычно графически по I-d диаграмме); температура уходящего воздуха t у. Расчёт воздухораспределения производят в следующем порядке :

анализируют конструктивно-планировочные характеристики помещения и размещение оборудования; выясняют возможности подачи приточного воздуха со стороны перекрытия (при наличии вышерасположенного этажа) или со стороны стен; выбирают схему вентилирования помещения: «сверху-вверх» и другие. выбирают тип и конструкцию воздухорасиределителя в зависимости от требований к точности поддержания параметров (настенная решетка, потолочный анемостат, перфорированная панель). для выбранной конструкции определяются величины коэффициентов m и n, К н, входящих в формулы (103) и (104); по формуле (104) определяют d o - характерный размер воздухораспределителя и по формуле (103) - скорость в опасной точке w x . Полученная скорость сравнивается с допустимой по гигиеническим соображениям.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Задание для самостоятельной работы

Все расчеты выполняются как для теплого, так и для холодного периодов года. Справочные данные приведены в литературе и СНиП . Недостающие данные принять самостоятельно.

Исходные данные.

Тепловлажностный баланс кондиционируемого помещения.

Q = ∑k i F i (t н – A t /2 – t в),

где A t – амплитуда суточного колебания температуры, ºС (приведена в таблице 1 приложения). При расчете следует помнить, что коэффициенты теплопередачи оконных проемов и стен различны. Коэффициенты теплоотдачи, теплопроводности и термические сопротивления, необходимые для определения коэффициента теплопередачи приведены в СНиП , а также в таблице 3 приложения. После определения тепло- и влагопритоков определяются тепловлажностные характеристики кондиционируемого помещения в летний и зимний периоды. На I-d диаграмме влажного воздуха по рассчитанным значениям ε т и ε х строятся лучи процесса.

Расчет производительности СКВ.

По гигиеническим требованиям (L н). Для ассимиляции тепло- и влаговыделений в теплый и холодный периоды года. Обосновать выбор рабочей разности температур. Составить таблицу, в которой следует указать все термодинамические параметры влажного воздуха в рабочей зоне и приточного. Произвести расчет количества приточного воздуха. Полная производительность СКВ (L пол) определяется с запасом в 10…15%. Исходя из количества обрабатываемого воздуха, подобрать центральный кондиционер. Рециркуляция воздуха составит величину: L р = L пол – L н.

Обработка воздуха в центральном кондиционере.

На I-d диаграмме изобразить схемы обработки воздуха для теплого и холодного периодов года (на отдельных листах). Нанести точки, характеризующие параметры наружного и внутреннего воздуха. Построить лучи процессов. Показать точки, характеризующие параметры приточного воздуха. Составить схему СКВ. Определить тепловую нагрузку на воздухонагреватели, на воздухоохладители, расход воды на увлажнение и осушение воздуха.

Таблица 1

Параметры наружного воздуха (параметры «Б»)

Таблица 2

Характеристика здания

Продолжение таблицы 2

Таблица 3

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОНДИЦИОНИРОВАНИИ ВОЗДУХА 52. СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА 92.1. Термодинамические параметры влажного воздуха 92.2. I-d диаграмма влажного воздуха 132.3. Процессы изменения тепловлажностного состояния воздуха 152.4. Смешение воздуха с различными параметрами 192.5. Процессы тепловлажностной обработки воздуха при контакте с водой 203. РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАРУЖНОГО
И ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА 223.1 Расчетные параметры наружного воздуха 223.2. Расчетные параметры внутреннего воздуха 254. ТЕПЛОВЛАЖНОСТНАЯ НАГРУЗКА ПОМЕЩЕНИЯ
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СКВ 274.1. Определение теплопритоков 284.2. Определение влагопритоков 324.3. Определение производительности СКВ 345. СХЕМЫ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ 385.1. Схемы обработки воздуха в прямоточных СКВ 405.2. Схемы СКВ с рециркуляцией внутреннего воздуха 446. ТЕПЛОВЛАЖНОСТНАЯ ОБРАБОТКА ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ 486.1. Аппараты контактного типа. 486.2. Поверхностные теплообменные аппараты 576.3. Паровые увлажнители 626.4. Осушение воздуха твердыми и жидкими сорбентами 647. ОЧИСТКА ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ 688. МЕРЫ ПО СНИЖЕНИЮ ШУМА 719. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗДУХА В КОНДИЦИОНИРУЕМОМ
ПОМЕЩЕНИИ 73СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 81

УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ

Расщепкин Александр Николаевич, Архипова Людмила Михайловна

Основы теории кондиционирования воздуха

Учебное пособие

Для студентов вузов

Зав. редакцией И.Н. Журина

Редактор Е.В. Макаренко

Технический редактор Т.В. Васильева

Художественный редактор Л.П. Токарева

ЛР №020524 от 02.06.97

Подписано в печать Формат 60х84 1/16

Бумага типографская. Гарнитура Times

Уч.-изд.л. .Тираж экз.

Заказ №

Оригинал-макет изготовлен в редакционно-издательском отделе

650056, г. Кемерово, б-р Строителей 47

ПЛД №44-0910.10.99.

Отпечатано в лаборатории множительной техники

Кемеровского технологического института пищевой промышленности

1. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 261201 ""Технология и дизайн упаковочного производства""

   Конспект

   Содержит курс лекций для изучения дисциплины Технология упаковочного производства; сведения об основных функциях упаковки и их взаимосвязи с комплексом требований к таре и упаковке; изложены принципы и методики построения эффективных технологических

2. Методическое пособие для студентов уголовно-правового направления всех форм обучения специальности 030501 «Юриспруденция»

   Учебно-методическое пособие

   Три уровня подготовки студента-юриста к аттестации. Автор-составитель кандидат юридических наук, доцент А.В. Годованный. Методическое пособие по подготовке, выполнению и защите студентами письменных самостоятельных работ: реферативных,

3. Учебно-методический комплекс для студентов финансового, юридического и социально-экономического факультетов очной и заочной формы обучения Уфа-2008 г

   Учебно-методический комплекс

   В учебно-методическом комплексе изложены рекомендации по изучению дисциплины «Социальное партнерство», структура предмета, тематические планы лекционных и семинарских, методические рекомендации к выполнению контрольных работ, материалы

4. Методические указания по выполнению дипломной работы для студентов всех форм обучения специальности 080102. 65 (060600)

   Методические указания

   Мировая экономика. Методические указания по выполнению дипломной работы для студентов всех форм обучения специальности 080102.65 (060600) «Мировая экономика».

5. Методические указания №03/10 по организации дипломного проектирования для студентов всех форм обучения Специальности 080502/8 «Экономика и управление на предприятии (туризма и гостиничного хозяйства)»

   Методические указания

   Методические указания по организации дипломного проектирования для студентов всех форм обучения специальности 080502/8 «Экономика и управление на предприятии (туризма и гостиничного хозяйства)» составлены на основе требований государственного

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Воздушная струя

Введение

Теория струйных течений газа (воздуха) применяется в устройствах систем вентиляции, воздушных душей, воздушных завес, при расчете подачи или отсасывания масс воздуха через вентиляционные решетки, горелок и др.

Вентиляция (от лат. ventilatio - проветривание) - процесс удаления отработанного воздуха из помещения и замена его наружным. В необходимых случаях при этом проводится: кондиционирование воздуха, фильтрация, подогрев или охлаждение, увлажнение или осушение, ионизация и т. д. Вентиляция обеспечивает санитарно-гигиенические условия (температуру, относительную влажность, скорость движения воздуха и чистоту воздуха) воздушной среды в помещении, благоприятные для здоровья и самочувствия человека, отвечающие требованиям санитарных норм, технологических процессов, строительных конструкций зданий, технологий хранения и т. д.

Также под этим термином в технике часто имеются в виду системы оборудования, устройств и приборов для этих целей.

Различают два основных способа вентиляции зданий: вентиляция вытеснением и вентиляция перемешиванием.

Вентиляция вытеснением преимущественно используется для вентилирования больших промышленных помещений, поскольку она может эффективно удалять излишки тепловыделений, если правильно рассчитана. Воздух подается на нижний уровень помещения и течет в рабочую зону с малой скоростью. Этот воздух должен быть несколько холоднее, чем воздух помещения, чтобы работал принцип вытеснения. Этот метод обеспечивает прекрасное качество воздуха, но он менее пригоден для использования в офисах и других небольших помещениях, поскольку терминал направленной подачи воздуха занимает довольно много места, и часто непросто избежать сквозняков в рабочей зоне.

Вентиляция перемешиванием является предпочтительным способом раздачи воздуха в ситуациях, когда необходима, так называемая, комфортная вентиляция. Основой этого метода является то, что подаваемый воздух поступает в рабочую зону уже смешанным с воздухом помещения. Расчет системы вентиляции должен быть сделан таким образом, чтобы воздух, циркулирующий в рабочей зоне, был достаточно комфортным. Другими словами, скорость воздуха не должна быть слишком большой, и температура внутри помещения должна быть более или менее однородной.

Воздушная струя, входящая в помещение, вовлекает в поток и перемешивает большие объемы окружающего воздуха. В результате объем воздушной струи увеличивается, тогда, как ее скорость снижается тем больше, чем дальше он проникнет в помещение. Подмешивание окружающего воздуха в воздушный поток называется эжекцией.

Рис. 1. Эжекция

Движения воздуха, вызванные воздушной струей, вскоре тщательно перемешивают весь воздух в помещении. Загрязняющие примеси, находящиеся в воздухе, не только распыляются, но и равномерно распределяются. Температура в различных частях помещения также выравнивается.

При расчетах вентиляции перемешиванием самым важным моментом является обеспечение того, чтобы скорость воздуха в рабочей зоне не была слишком высокой, иначе возникает ощущение сквозняка.

Обоснование

Воздушный душ- это устройство в системе местной приточной вентилции, обеспечивающее подачу сосредоточенного потока воздуха, создающего в зоне непосредственного воздействия этого потока на человека.

Воздушный душ применяется на фиксированных рабочих местах или в местах отдыха. Особенно эффективны в производственных помещениях (рис),где работающие находятся под воздействием высокой температуры. Установки для воздушных душей бывают стационарные и передвижные.

Воздушная завеса (тепловая завеса, воздушно-тепловая завеса) - создает невидимый барьер воздушного потока.

Завесы могут быть с электрическим, водяным, паровым, газовым нагревом, а также без нагрева.

По монтажу:

· завесы вертикального монтажа;

· завесы горизонтального монтажа;

· завесы скрытого монтажа (встраиваемые в / за фальшь потолок, дверной проем).

По типу нагрева:

· завесы с нагревом (завесы с нагревом принято называть воздушно-тепловыми или же тепловыми завесами, так как экранирование дверного проема осуществляется подогретым воздухом);

· завесы без нагрева (завесы без нагрева принято называть ("холодным потоком").

В конструкцию тепловой завесы входят:

· электронагреватель или водяной нагреватель, а также большие промышленные тепловые завесы могут оснащаться паровым или газовым нагревателем (в случае если завеса с нагревом, в завесе без нагрева отсутствует такого рода нагреватель);

· вентиляторы;

· воздушный фильтр (для моделей с водяным нагревом).

Вентиляционные решётки представляют собой конструкции, которые сегодня нашли широкое применение в строительной отрасли при внутренней и наружной отделке помещений и зданий, прокладке коммуникационных систем. Они выполняют функции воздухораспределительного устройства в системах вентиляций различного типа. Сегодня эти конструкции используются при монтаже и наладке работы приточно-вытяжных вентиляций.

Современные модели решёток могут использоваться не только для распределения воздуха, но и для его подачи или удаления. Всё зависит от типа вентиляционной системы. Такие конструкции очень часто можно встретить в частных домах, административных и торговых зданиях, офисных помещений. То есть их использование целесообразно в тех помещениях, где возникает необходимость в создании и поддержании оптимальных температурных и влажностных показателей.

Научная теория воздушных струй

Струя газа называется затопленной, если она распространяется в среде с теми же физическими свойствами, что и у нее самой. При изучении движения воздуха в системах вентиляции встречаются различные случаи распространения затопленных струй. Но при рассмотрении этих случаев в качестве исходной используется схема свободной струи. Свободная струя - это струя, распространяющаяся в безграничной среде. (Струя, не ограниченная твердыми стенками, называется свободной.) Струя при этом может истекать в неподвижную среду, а так же в поток воздуха.

В данном случае различают:

· Струнную струю, струя, истекающая в поток, направление скорости которого совпадает с направлением струи.

· Струю в сносящем потоке, если скорость потока направлена под углом к оси струи.

· Струю во встречном потоке, когда векторы продольной скорости струи и скорости потока направлены навстречу друг другу.

По виду энергии, расходуемой на образование струи, различают:

· Приточные (механические) струи, создаваемые вентилятором, компрессором, эжектором и т.п.

· Конвективные струи, образующиеся вследствие нагревания или охлаждения воздуха вблизи горячих или холодных поверхностей различных тел.

Струи различают также по форме начального сечения:

· Если сечение круглое, то струя называется осимметричной.

· Если сечение имеет вид бесконечно длинной полосы постоянной высоты, то она называется плоскопараллельной или плоской.

Температуры струи и окружающей среды могут быть одинаковыми или различными.

В соответствии с этим различают струи изотермические и неизотермические. На рис. 3 показана воздушная струя, которая формируется в случае, когда воздух принудительно подается в помещение через отверстие в стене. В результате появляется свободная воздушная струя. Если температура воздуха в струе такая же, как и в помещении, она называется свободной изотермической струей.

По степени воздействия окружающего пространства на характер движения струи различают:

· струи свободные;

· полуограниченные или настильные, движущие вдоль ограничивающей пространство плоскости;

· ограниченные (стесненные), вытекающие в пространство конечных размеров, соизмеримых с начальными размерами струи.

В зависимости от режима истечения струи могут быть:

· ламинарными (течение, при котором жидкость или газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций);

· турбулентными (форма течения жидкости или газа, при которой их элементы совершают неупорядоченные, неустановившиеся движения по сложным траекториям, что приводит к интенсивному перемешиванию между слоями движущихся жидкости или газа).

В системах вентиляции наблюдаются турбулентные струи. Еще одно определение: если в начальном сечении имеются вращательные составляющие скорости, то такая струя называется закрученной.

Подробнее. При турбулентном движении наряду с осевым движением существует и поперечное движение частиц. При этом частицы попадают за пределы струи и переносят в граничащие со струей массы неподвижного воздуха свое количество движения, увлекают (эжектируют) эти массы, придавая им определенную скорость.

На место ушедших из струи частиц в нее попадают частицы из окружающего воздуха, которые подтормаживают граничные слои струи. Следствием этого обмена импульсами между струей и неподвижным воздухом появляется возрастание массы струи и убывание скорости у ее границ.

Подторможенные частицы струи вместе с увлеченными частицами окружающего воздуха образуют турбулентный пограничный слой, толщина которого по мере удаления от выходного отверстия непрерывно возрастает. соприкасаясь с внешней стороны с неподвижной средой (?? = 0), а свнутреннй стороны - с ядром постоянной скорости (?? = ?? 0), пограничный слой приобретает переменный профиль скоростей. Рис.4.

Ядро постоянной скорости по мере удаления от выходного отверстия и утолщения пограничного слоя сужается, пока полностью не исчезнет. После этого пограничный слой уже заполняет все сечение струи, включая и ось потока.

Поэтому дальнейшее размывание струи сопровождается возрастанием ее ширины и при этом падает скорость на оси.

Сечение струи, в котором завершается размыв ядра постоянной скорости и на оси которого обе половины пограничного слоя смыкаются, называется переходным сечением. Участок струи, расположенный между выходным отверстием и переходным сечением, в котором скорость на оси остается неизменной и равной начальной скорости?? 0 , называется начальным. Участок, следующий за переходным сечением, в котором скорость на оси постепенно уменьшается и затухает, называется основным. Границы струи, как внешняя, так и ядра постоянной скорости, прямолинейны. Точка О пересечения внешних границ струи называется полюсом струи.

Статическое давление в разных точках струи изменяется несущественно и приблизительно равно давлению окружающего пространства, т.е. свободную струю можно считать изобарической.

Основными параметрами турбулентной струи являются осевая скорость??, диаметр D для круглых сечений и ширина?? для плоских струй, расход воздуха?? и средняя скорость??.

Из теоретических и экспериментальных исследований Генриха Наумовича Абрамовича следует, что основные параметры струи зависят от коэффициента турбулентности а, характеризующего интенсивность перемешивания и зависящего от конструкции насадка, из которого вытекает струя. (Генрих Наумович Абрамович (1911 - 1995) - советский учёный в области теоретической и прикладной газовой динамики).

Чем больше коэффициент турбулентности а, тем интенсивнее перемешивание и больше угол одностороннего расширения струи.

Таблица значений коэффициента турбулентности а и угла расширения струи 2?? для некоторых типов насадков.

Определение. Струя форма течения, при которой жидкость (газ) течет в окружающем пространстве, заполненном жидкостью (газом) с отличающимися от нее физическими параметрами: скоростью, температурой, составом и т. п. Струйные течения разнообразны - от струи ракетного двигателя до струйного течения в атмосфере. Воздушная струя - это воздушный поток, образующийся при выходе из воздухопровода в пространство большого объёма, не имеющий твёрдых границ.

Распределение и форма. Воздушная струя состоит из нескольких зон с различными режимами потоков и скоростями перемещения воздуха. Зона, представляющая наибольший практический интерес, - это основной участок. Скорость в центре (скорость вокруг центральной оси) является обратно пропорциональной расстоянию от диффузора или клапана, т. е. чем дальше от диффузора, тем меньше скорость воздуха. Воздушная струя полностью развивается на основном участке, и превалирующие здесь условия будут оказывать решающее воздействие на режим потоков в помещении в целом.

Основной участок воздушной струи, скорость наклона. От формы диффузора или проходного отверстия воздухораспределителя зависит форма воздушной струи. Круглые или прямоугольные проходные отверстия создают компактную воздушную струю конической формы. Для того чтобы воздушная струя была абсолютно плоской, проходное отверстие должно быть более чем в двадцать раз шире своей высоты или таким же широким, как помещение. Воздушные веерные струи получаются при прохождении через совершенно круглые проходные отверстия, где воздух может распространяться в любых направлениях, как в приточных диффузорах.

Рис. 5. Различные типы воздушных струй

вентиляция завеса воздушный эжекция

Скоростной профиль. Скорость воздуха в каждой части струи можно рассчитать математически. Для расчета скорости на определенном расстоянии от выходного отверстия диффузора/клапана, необходимо знать скорость воздуха на выходе из диффузора/клапана, его форму и тип воздушной струи, который им формируется. Таким же образом, возможно, рассмотреть, как варьируют скорости в каждом профиле струи.

Используя эти расчеты, можно нарисовать кривые скорости для всей струи. Это дает возможность определить области, которые имеют одну и ту же скорость. Эти области называются изовелами (линии постоянной скорости). Убедившись, что изовела, соответствующая 0,2 м/сек, находится за пределами рабочей зоны, можно быть уверенным, что скорость воздуха не превысит этот уровень непосредственно в рабочей зоне.

Рис. 6. Различные изовелы воздушной струи

Коэффициент диффузора. Коэффициент диффузора - постоянная величина, которая зависит от формы диффузора или клапана. Коэффициент можно рассчитать теоретически с использованием следующих факторов: импульсное рассеивание и сужение воздушной струи в точке, где она подается в помещение, и степень турбулентности, созданная диффузором или клапаном.

На практике коэффициент определяют для каждого типа диффузора или клапана, измеряя скорость воздуха как минимум в восьми точках, находящихся на разном расстоянии от диффузора/клапана и не менее чем в 30 см друг от друга. Эти значения затем наносят на график с логарифмическим масштабом, который показывает замеренные величины для основного участка воздушной струи, а это, в свою очередь, дает значение для константы.

Коэффициент диффузора дает возможность рассчитать скорости воздушной струи и спрогнозировать распределение и путь воздушной струи. Этот коэффициент отличен от коэффициента К, который используется для введения верного значения объема воздуха, выходящего из приточного воздухораспределителя или ирисового клапана. Коэффициент К описан на странице 390.

Эффект настилания. Если воздухораспределитель установлен в достаточной близости от плоской поверхности (обычно это потолок), выходящая воздушная струя отклоняется в ее сторону и стремится течь непосредственно по поверхности. Этот эффект возникает вследствие образования разряжения между струей и поверхностью, а так как нет возможности подмеса воздуха со стороны поверхности, то струя отклоняется в ее сторону. Это явление называется настилающим эффектом.

Рис. 7. Настилающий эффект

Практические эксперименты показали, что расстояние между верхней кромкой диффузора или клапаном и потолком не должно превышать 30 см, чтобы возник настилающий эффект. Эффект настилания можно использовать для того, чтобы увеличить путь холодной воздушной струи вдоль потолка до внедрения ее в рабочую зону. Коэффициент диффузора будет несколько выше при возникновении настилающего эффекта, чем при свободном воздушном потоке. Также важно знать, как крепится диффузор или клапан при использовании коэффициента диффузора для проведения различных расчетов.

Неизотермическая воздушная струя. Распределение становится более сложной, когда подаваемый воздух теплее или холоднее, чем внутри помещения. Тепловая энергия, возникающая в результате разницы в плотности воздуха при различных температурах, заставляет более холодный воздушный поток двигаться вниз (струя тонет), а более теплый воздух устремляется вверх (струя всплывает).

Это означает, что две различные силы оказывают воздействие на холодную струю, находящуюся у потолка: эффект настилания, который старается прижать ее к потолку, и тепловая энергия, которая стремится опустить ее к полу.

На определенном расстоянии от выхода диффузора или клапана тепловая энергия будет преобладать, и воздушная струя в конечном итоге отклонится от потолка.

Отклонение струи и точка отрыва могут быть рассчитаны с помощью формул, основанных на температурных дифференциалах, на типе выходного отверстия диффузора или клапана, а также на скорости воздушного потока и т. д.

Рис. 8. Точка отрыва воздушной струи (Хm) и отклонение (Y)

Важные критерии при расчете вентиляции. Важно правильно выбрать и разместить воздухораспределитель. Важно также, чтобы в рабочей зоне температура и скорость воздуха были приемлемыми.

Расстояние х 0 от полюса до выходного отверстия:

круглая струя - х 0 = ;

· плоская струя - х 0 = . Где?? 0 -диаметр отверстия или насадка; ?? 0 - половина высоты плоского насадка.

Длина начального участка х н струи:

круглой - х н = ;

плоской - х н = .

Осевая скорость?? в основном участке на расстоянии х от полюса струи:

· круглой - ?? = ;

· плоской - ?? = .

Расход воздуха?? в основном участке на расстоянии х от полюса струи:

· круглой - ?? = 4,36?? 0 ();

· плоской (на единицу ширины насадка) - ?? = 1,2?? 0 .

Диаметр круглой струи в основном участке на расстоянии х от полюса струи:

Средняя скорость в основном участке струи:

· круглой - ?? = ;

· плоской - ?? = .

Высота плоской струи:

4,8?? 0 ().

Правильная скорость воздуха в рабочей зоне. Для большинства воздухораспределительных устройств в каталоге приведена характеристика, называемая длина струи. Под длиной струи понимается расстояние от приточного отверстия диффузора или клапана до сечения воздушной струи, в котором скорость ядра потока снижается до определенного значения, обычно до 0,2 м/сек. Длина струи обозначается и измеряется в метрах.

Рис. 9. Понятие "Длина струи"

Первое, что принимается во внимание при расчетах систем воздухорас-пределения,- это то, как избежать слишком высоких скоростей воздушного потока в рабочей зоне. Но, как правило, в рабочую зону попадает отраженный или обратный ток этой струи: см. рис.10.

Рис. 10. Обратный воздушный поток при установленном на стене диффузоре

Скорость обратного воздушного потока составляет примерно 70 % от скорости, основной воздушной струи у стены. Это означает, что диффузор или клапан, установленный на задней стене, подающий струю воздуха с конечной скоростью 0,2 м/сек, вызовет скорость воздуха в обратном потоке 0,14 м/сек. Что соответствует комфортной вентиляции в рабочей зоне, скорость воздуха в которой не должна превышать 0,15 м/с.

Длина струи для описанного выше диффузора или клапана такая же, как длина помещения, и в данном примере является прекрасным выбором. Приемлемая длина струи для установленного на стене диффузора лежит между 70 % и 100 % длины помещения.

Проникающая способность воздушной струи. Форма помещения может оказать существенное влияние на конфигурацию потока. Когда поперечное сечение воздушного потока составляет более 40 % от поперечного сечения помещения, эжекция воздуха помещения в поток прекратится. В результате воздушная струя начнет подмешивать собственный воздух. При этом увеличение скорости подаваемого воздуха не решит проблему, поскольку проникающая способность останется прежней, увеличится только скорость воздушной струи и окружающего воздуха в помещении.

В той части помещения, куда не доходит основной воздушный поток, начнут появляться другие воздушные потоки, вторичные вихри. Однако, если длина помещения менее чем в три раза больше его высоты, можно предположить, что воздушная струя проникнет до конца помещения.

Рис. 11. Вторичные вихри образуются в самом дальнем конце помещения, куда не доходит воздушная струя

Обтекание препятствий. Воздушная струя при наличии препятствий на потолке в виде перекрытий, светильников и др., если они расположены слишком близко от диффузора, может отклониться и опуститься в рабочую зону. А потому необходимо знать, какое расстояние должно быть (А на графике) между устройством, подающим воздух, и препятствиями для свободного продвижения струи воздуха.

Рис. 12. Минимальное расстояние до препятствия

Установка нескольких воздухораспределителей. Если один потолочный диффузор предназначен для обслуживания всего помещения, он должен быть размещен как можно ближе к центру потолка, и общая площадь не должна превышать размеров, указанных на рис. 12.

Рис. 12. Небольшое помещение, вентилируемое одним потолочным диффузором

Если помещение большое, необходимо разделить его на несколько зон, и в каждой зоне поместить по диффузору.

Рис. 13. Большое помещение, вентилируемое несколькими потолочными диффузорами

Помещение, вентилируемое несколькими настенными диффузорами, также делят на несколько зон. Количество зон зависит от растояния между диффузорами, достаточного для предотвращения воздействия друг на друга. Если два воздушных потока смешиваются, получается один поток с большей длиной струи.

Рис. 14. Большое помещение, вентилируемое несколькими настенными диффузорами

Подача теплого воздуха. Горизонтально подаваемый потолочным диффузором теплый воздух хорошо обогревает помещения с высотой потолков до 3,5 метров, повышая комнатную температуру на 10-15°С.

Рис. 15. Горизонтальная подача воздуха потолочным диффузором

Однако в очень высоких помещениях подаваемый воздух должен быть направлен вертикально вниз, если он используется и для обогрева помещения. Если разница температур не более 10°С, то воздушная струя должна опуститься примерно до 1 м от пола, чтобы температура в рабочей зоне стала комфортной.

Рис. 16. Вертикальная подача воздуха потолочного диффузора

Подача холодного воздуха. Если подаваемый вдоль потолка воздух холоднее воздуха в помещении, важно, чтобы скорость воздушной струи была достаточно высока, чтобы обеспечить ее прилегание к потолку. Если ее скорость будет слишком мала, существует риск того, что тепловая энергия может направить воздушную струю вниз к полу слишком рано.

На определенном расстоянии от диффузора, подающего воздух, воздушная струя в любом случае отделится от потолка и отклонится вниз. Это отклонение случится быстрее для воздушной струи, которая имеет температуру ниже комнатной, а потому в этом случае длина струи будет короче.

Рис. 17. Разница между длиной изотермической и неизотермической струй

Воздушная струя должна пройти, по крайней мере, 60 % глубины помещения, прежде чем отделиться от потолка. Максимальная скорость воздуха в рабочей зоне будет, таким образом, почти такой же, как и при подаче изотермического воздуха.

Когда температура подаваемого воздуха ниже комнатной, воздух в помещении будет до некоторой степени охлаждаться. Приемлемый уровень охлаждения (известный как максимальный эффект охлаждения) зависит от требований к скорости воздуха в рабочей зоне, от расстояния до диффузора, на котором воздушная струя отделяется от потолка, и также от типа диффузора и его местоположения.

В общем, большая степень охлаждения достигается при использовании потолочного, а не настенного диффузора. Это происходит потому, что потолочный диффузор распространяет воздух во всех направлениях, а потому ему требуется меньше времени для смешивания с окружающим воздухом и для выравнивания температуры.

Правильный выбор воздухораспределителя. Воздухораспределители могут крепиться либо на потолок, либо на стену. Они часто оборудованы соплами или имеют перфорацию, что облегчает подмешивание окружающего воздуха в воздушный поток.

Сопловые диффузоры являются наиболее гибкими устройствами, поскольку допускают индивидуальную настройку каждого сопла. Они идеальны для подаваемого воздуха, температура которого значительно ниже температуры в помещении, особенно если они установлены на потолке. Модель распределения может изменяться путем поворота сопел в различных направлениях.

Диффузоры с перфорацией дают положительный эффект там, где температура воздушной струи существенно ниже температуры окружающего воздуха. Они не так гибки, как сопловые диффузоры, но при помощи экранирования подаваемого воздушного потока в различных направлениях можно изменить модель распределения.

Настенные решетки имеют большую длину струи. Они имеют ограниченные возможности для изменения модели распределения и не очень подходят для подаваемого воздуха, имеющего температуру значительно ниже температуры окружающего воздуха.

Заключение

Итак, воздушная струя - основной элемент работы вентиляционного оборудования. В этой работе были рассмотрены виды вентиляции и их оборудования, формы воздушных струй и их разновидности. Особое внимание было уделено на применении воздушных струй. Здесь в заключении можно их расширить.

Еще в незапамятные времена люди впервые поставили парус, и ветер понес их лодки по воде или сани по льду и снегу. Однако с тех пор воздушным потокам нашлось столько работы, что стоит упомянуть об этом особо. Суда под парусом ходят и по сей день. На них плавают по рекам, озерам и даже океанам. Несомненными достоинствами такого способа передвижения являются чистота и тишина (на воде не остаются бензиновые пятна и не шумит мотор), да и бензин не приходится покупать. Спортсмены же плавают под парусом не только на лодках, но даже просто на досках.

Другие спортсмены используют воздушные потоки для свободных полетов.

Воздух используется и для вполне земных работ. В прежние времена ветер крутил крылья ветряной мельницы. Теперь на место жерновов установили генератор электроэнергии, который преобразует энергию ветра в электрическую - получилась ветровая электростанция.

Мы говорили только о естественных воздушных потоках - ветрах. Но ведь можно создать ветер и искусственно. Самое простое - подуть.

Ветер возникает в том случае, когда существует перепад атмосферного давления: в одном месте давление выше, в другом - ниже, воздух начинает двигаться со стороны высокого давления в сторону низкого. Это значит, что если мы откуда-то откачаем воздух (создадим низкое давление), то туда сразу устремится воздух со всех сторон. Если же, наоборот, мы создадим где-то высокое давление, воздух будет рваться оттуда наружу. Теперь оставим воздуху только один путь на свободу - через узкую трубочку. В трубке начнет дуть очень сильный ветер. Когда вам придется сдувать надувной матрас, обратите внимание, какой сильный поток воздуха вырывается через клапан!

Такие искусственные ветры используют, например, в пневмопочте (воздушная почта).

Теперь возьмем трубу и создадим на одном ее конце пониженное давление воздуха. Воздух снаружи сразу устремится в трубу, захватывая по дороге все легкие предметы. Мы получили пылесос.

Тот же принцип пылесоса используется и при погрузке муки. Ее не пересыпают, а просто отсасывают из машины на склад и обратно. Кстати, и мелют муку тоже при помощи ветра, ведь зерна довольно легкие.

Использование воздушной струи в горной промышленности. Вентиляционная струя после прохождения по всем горным выработкам может нести в себе значительное количество низко потенциальной тепловой энергии, которое после проветривания горных работ выбрасывается в атмосферу. Использование энергетического потенциала вентиляционной струи рудников в зависимости от схемы проветривания, естественной температуры горных пород и отдаленности горнодобывающего предприятия от промышленной инфраструктуры может иметь различные показатели экономической эффективности и экологического эффекта.

А вот еще один пример использования воздушной струи. Плазмотрон - современный аппарат резки металлов (хотя был изобретен в 20 веке), использует в своей работе воздух (или любой плазмообразующий газ). Воздух(Air) или другой плазмообразующий газ(смесь газов), пройдя через канал внутри электродного узла и механизм закрутки образует вихревой поток закрученный вдоль продольной оси электрода плазмотрона и выходящий через геометрически соосный с ним канал сопла.

Использованная литература

1. Е.С. Лаптева. «Основы гидравлики и аэродинамики». Алматы,2016.

2. Н.Н.Беляев, П.Б.Машихина. Применение воздушных струй для интенсификации процесса испарения.

3. Статья «Воздушная оболочка земли» Ispolzovanije_vetra.html.

4. Статья «Применение завихрителей воздушного потока для повышения эффективности ветровых установок». http://vikidalka.ru/2-196929.html.

5. Статья «Воздушные потоки». http://ru-ecology.info/term/19749/.

6. Статья «Комбайны будущего. Использование воздушной струи». http://svistun.info/zemledelie/211.

7. Староверов И.Г. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Воздушное отопление с сосредоточенной подачей воздуха с параллельным направлением воздушных струй. Воздушное отопление с сосредоточенной подачей воздуха с веерным направлением воздушных струи.

8. Статья «Теория воздушных струй». Векотех. http://vecotech.com.ua/podbor-e-montazh-dimohodov/666.html.

9. Статья «Внутреннее устройство и принцип работы плазмотрона установок воздушно-плазменной резки металла». http://www.spektrplus.ru/d_plazm.htm.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Описание конструкции воздушных выключателей. Клапан отсечки и электропневматическая схема воздушного выключателя. Принцип осуществления процесса гашения дуги, типы гасительных камер, система вентиляции. Назначение отделителей в воздушных выключателях.

лабораторная работа , добавлен 17.10.2013


Общие сведения о воздушных линиях электропередач, типы опор для них. Понятие и классификация изоляторов провода трассы. Особенности процесса разбивки трассы, монтажа проводов и тросов. Характеристика технического обслуживания воздушных линий до 1000 В.

курсовая работа , добавлен 05.12.2010


Воздушная линия электропередачи - устройство для передачи электроэнергии по проводам. Конструкции опор, изоляторов, проводов. Особенности проведения ремонта и заземления воздушных линий. Монтаж, ремонт, обслуживание воздушных линий электропередач.

дипломная работа , добавлен 10.06.2011


Тепловые насосы, работающие от воздушного источника, принцип их действия. Принципиальная схема работы. Организация работы отопительной системы. Рынок воздушных тепловых насосов в странах Северной Европы. Повышение энергоэффективности воздушных насосов.

курсовая работа , добавлен 01.06.2015


Организация оперативно-диспетчерского управления в операционной зоне Хакасского РДУ. Методы устранения повреждений воздушных линий. Текущий ремонт линейно-кабельных сооружений. Принципы экологической политики. Инвестиционная деятельность подразделения.

отчет по практике , добавлен 16.09.2014


Понятие и общая характеристика воздушных выключателей, их применение в энергосистемах. Схема включения конденсаторов и шунтирующих резисторов. Серии воздушных выключателей. Устранение неполадок в работе прибора, порядок проведения осмотра и обслуживания.

реферат , добавлен 11.01.2012


Изучение различных изопроцессов, протекающих в газах. Экспериментальное определение СP/СV для воздуха. Расчет массы газа, переходящего в различные состояния. Протекание изотермических процессов, определение состояния газа как термодинамической системы.

контрольная работа , добавлен 17.11.2010


Изучение устройств для подвешивания и изоляции проводов и кабелей на опорах воздушной линии электропередачи или воздушных линий связи. Конструкция подвесных изоляторов. Описания проходных, штыревых и линейных изоляторов. Состав тарельчатых изоляторов.

презентация , добавлен 20.04.2017


Исследование конструктивного устройства воздушных, кабельных линий и токопроводов. Анализ допустимых норм потерь напряжения. Расчет электрических сетей по экономической плотности тока. Обзор способов прокладки кабельных линий. Опоры для воздушных линий.

презентация , добавлен 25.08.2013


Классификация воздушных линий: по класу напряжения, конструктивному исполнению, назначению и условиям защиты. Расчет электрических нагрузок и суммарной максимальной дневной и вечерней мощностей. Выбор мощности силового трансформатора ТП-10/0,4 кВ.

Пример: Qэл = 10000 Вт; Qпеч = 90000 Вт; Qв = 50000 Вт;

Qогр = 100000 Вт; Qинф = 20000 Вт; Qс. р. = 25000 Вт.

Решение. Для теплого периода уравнение теплового баланса (2.1) примет вид

https://pandia.ru/text/78/162/images/image038.gif" width="388" height="24 src=">

Для холодного периода

Ассимиляция" href="/text/category/assimilyatciya/" rel="bookmark">ассимилировать вентиляцией :

DIV_ADBLOCK99">

Воздушные потоки – струи, образующиеся в помещении, переносят поступающие в воздух вредные выделения и формируют в объеме воздуха помещения поля скоростей, температур и концентраций.

Знание того, как изменяются в струе по мере ее распространения скорости, температуры и концентрации, позволяет проектировать экономичные и эффективные системы вентиляции и воздушного отопления.

Воздушной струей называют направленный поток с конечными поперечными размерами.

В технике вентиляции струи воздуха истекают в помещение, также заполненное воздухом. Такие струи называются затопленными .

Струю называют свободной , если она истекает в достаточно большое пространство и не имеет никаких помех для своего свободного развития. Если на развитие струи ограждающие конструкции помещения оказывают какое-либо воздействие, то такую струю называют несвободной или стесненной.

Струя, истекающая из отверстия, расположенного вблизи какой-либо плоскости (например, потолка помещения), параллельно этой плоскости называется настилающейся .

Различают струи изотермические и неизотермические. В изотермической струе температура во всем ее объеме одинакова и равна температуре окружающего воздуха. В неизотермической струе начальная температура приточного воздуха ниже или выше температуры окружающего воздуха.

В зависимости от гидродинамического режима струя может быть ламинарной или турбулентной. Приточные вентиляционные струи всегда турбулентны.

На перемещение воздуха затрачивается энергия: тепловая, источником которой являются нагретые поверхности, или механическая, источником которой можно считать вентилятор , или сочетание тепловой и механической энергии вместе. Следовательно, по виду энергии, расходуемой на образование струи, различают механические и конвективные струи.

Все приточные струи можно разделить на 2 группы: 1 – с параллельными векторами скоростей истечения; 2 – с векторами скоростей истечения, составляющими между собой некоторой угол.

Конструкция воздухораспределительного устройства, в том числе воздуховыпускного отверстия, определяет форму и направление приточной струи и характер ее развития в помещении.

В зависимости от конструкции воздухораспределителя струи могут быть прямоточными или закрученными.

Прямоточные струи подразделяются на компактные и плоские , у которых векторы скорости на истечении параллельны между собой, а также веерные и конические , у которых векторы скорости на истечении образуют некоторой угол.

Закрученные струи , у которых векторы скорости на истечении складываются из векторов скорости поступательного и вращательного движения, подразделяются на компактные и конические.

Компактные струи образуются при истечении воздуха из отверстий круглой формы или формы, близкой к квадратной.

Струя, истекающая из круглого отверстия, остается осесимметричной по всей длине своего развития (круглая струя). При истечении из квадратного или прямоугольного отверстия струя в начале не будет осесимметричной, но на некотором расстоянии от насадка преобразуется в осесимметричную. При истечении воздуха из круглого отверстия с диффузорами для принудительного расширения образуется также компактная струя, которая будет осесимметрична по всей длине; такую струю называют конической.

Плоские струи образуются при истечении воздуха из щелевых отверстий бесконечной длины (в реальных условиях – при соотношении сторон больше 20).

Струя, истекающая из щелевого отверстия из плоской постепенно трансформируется в эллипсовидную и на расстоянии в круглую (за d усл . принимают корень квадратный из площади щели).

Веерные струи образуются при принудительном увеличении угла раскрытия струи. Различают полные веерные струи, у которых угол раскрытия составляет 360 0 и неполные, у которых этот угол менее 360 0.

Закрученные струи образуются при установке закручивающих устройств в подводящем патрубке воздухораспределителя или при тангенциальном подводе воздуха к воздухораспределителю. Они имеют форму компактной или конической струи.

Независимо от формы, струи, у которых при истечении нет принудительного изменения их направления, на некотором расстоянии от насадка расширяются; угол бокового расширения α = 12025".

Изучение струй проводилось многими исследователями. Наиболее глубокое и полное исследование струй принадлежит, .

Свободная изотермическая струя

Турбулентная струя, как и всякое турбулентное истечение, характеризуется интенсивным поперечным перемещением частиц. Вследствие этого периферийные слои струи подтормаживаются, а слои окружающего неподвижного воздуха, находящиеся вблизи струи, приходят в движение. В результате создается пограничный слой струи, который по направлению течения непрерывно утолщается. Таким образом, размеры струи по течению увеличиваются, масса ее растет, а скорость убывает.

Перенос вихревых масс, обуславливающий изменение скоростей в струе, обуславливает также распределение в струе концентраций (а для неизотермических струй – и температур).

Упрощенная схема свободной турбулентной изотермической струи представлена на рис. 3.1.

Воздух, вытекая из сопла, образует струю с криволинейными границами АВС и ДЕF. В струе различают два участка: начальный АВЕД и основной CBEF. Сечение ВЕ называют переходным сечением.

Границы основного участка ВС и EF при их продолжении пересекаются в точке М, называемой полюсом струи. При равномерном начальном поле скоростей полюс находится в плоскости начала истечения, т. е. х0 ≈ 0. боковой угол расширения основного участка струи α = 12025".

На начальном и основном участках закономерности развития струи различны.

https://pandia.ru/text/78/162/images/image045.gif" width="176" height="63">, (3.1)

где υос – осевая скорость в рассматриваемой точке;

υ0 – начальная скорость;

β0 – поправочный коэффициент на количество движения в

воздуховыпускном сечении. При равномерном поле скоростей

- относительное расстояние, т. е. отношение расстояния от

отверстия х к радиусу отверстия R 0 ; ;

https://pandia.ru/text/78/162/images/image049.gif" width="55" height="52">.

Основываясь на экспериментальных данных, можно принимать следующие значения относительного полюсного расстояния:

Длину начального участка l 0 при равномерном поле скоростей истечения можно определить по формуле

Плоская свободная изотермическая струя

В плоской струе так же, как и в круглой, различают полюсное расстояние, начальный и основной участки.

Понятие полюса плоской струи условно; обычно полюс представляет собой точку; в данном же случае - это прямая линия, образованная пересечением граничных плоскостей основного участка струи.

Относительная осевая скорость воздуха в рассматриваемой точке поперечного сечения струи по теории в обработке.

, (3.3)

где β0 – то же, что в формуле (3.1); β0 = 1;

https://pandia.ru/text/78/162/images/image052.gif" width="63 height=55" height="55">;

Относительное полюсное расстояние, т. е. отношение

полюсного расстояния х0 к полуширине воздуховыпускной

щели В0 ; .

При равномерном поле скоростей истечения =0; β0 =1 длина начального участка

Свободная неизотермическая струя

В неизотермической струе действуют инерционные и гравитационные силы; действие гравитационных сил искривляет струю вверх или вниз (рис.3.2).

https://pandia.ru/text/78/162/images/image056.gif" width="456" height="304">

Рис. 3.2. Искривление неизотермической струи

Характеристикой неизотермической струи служит безразмерный комплекс, предложенный и, называемый критерием Архимеда

, (3.5)

где g – ускорение свободного падения;

R 0 – радиус насадка; для щели принимается половина ширины щели

t 0 и t окр – температура воздуха соответственно в начале струи и в

окружающем пространстве;

Токр – абсолютная температура воздуха в окружающем

пространстве;

υ0 – начальная скорость.

Этот комплекс характеризует соотношение инерционных и гравитационных сил.

В слабо нагретых или слабо охлажденных струях, для которых критерий Архимеда по абсолютному значению меньше 0,0005, влияние гравитационных сил сказывается незначительно, и такие струи развиваются в пространстве без заметного искривления.

Если бы струя, вытекающая из насадка под начальным углом α0 , была изотермическая или слабо нагретая, то ее ось была бы прямолинейна и направлена к горизонту под углом α0 , т. е. была бы представлена линией S. Под действием архимедовой силы струя искривляется, и уравнение оси искривленной оси по теории в обработке имеет вид:

где а – коэффициент, характеризующий начальную турбулентность

струи, принимаемый по экспериментальным данным (табл. 3.1)

Таблица 3.1

Разность температур на оси струи и окружающего воздуха (по)

. (3.6)

Задача 3.1. Воздух в количестве L, м3/ч, со скоростью υо, м/с подается в помещение из воздухораспределителя, создающего компактную струю. Определить величину осевой скорости υос на расстоянии от воздуховыпускающего отверстия х, м, и длину начального участка lо (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Исходные данные к задаче 3.1

Рис. 49. Воздушная струя из конца круглой трубы.

На рис. 49 показана структура воздушной струи, вытекающей из открытого конца цилиндрической трубы. Струя по выходе из отверстия расширяется. Измерения показывают, что по мере удаления от отверстия скорость в расширяющемся потоке уменьшается, а температура и концентрация газовых примесей изменяются в тех случаях, когда температура воздуха в помещении и содержание в нем одноименных газов отличаются от начальных, характеризующих струю. Расширение струи, падение скорости, а также изменение температуры и концентрации примесей происходят вследствие того, что приточной струей вовлекается в поток (подсасывается) окружающий воздух. Подмешивание начинается у внешних границ и постепенно проникает в глубь струи. В результате по длине струи образуются два участка - начальный и основной. В начальном участке, где массы воздуха из помещения еще не успели полностью смешаться со струей, сохраняется конусообразное ядро (незаштрихованная часть на рис. 49) с начальными параметрами потока. В основном участке струи ядро уже полностью размыто.

Указанные особенности строения струи очень важны с точки зрения гигиены. Если голова рабочего попадает в начальный участок струи приточного воздуха, то он будет дышать чистым воздухом, даже если атмосфера помещения значительно загрязнена.

То обстоятельство, что концентрация примесей и температура не только в начальном, но в основном участке струи могут отличаться от соответственных в окружающей среде, позволяет приточную струю в целом использовать для создания ограниченной зоны более чистого, чем в помещении, воздуха и в зависимости от гигиенических требований более теплого (в холодных помещениях) или более холодного (в горячих цехах).

Установлено, что угол расширения начального участка струи зависит от формы приточного насадка. Наименьшим угол оказывается при вытекании воздуха из открытого сечения цилиндрической трубы. Если принять отверстие другой формы, а также если снабдить отверстие решеткой или другим приспособлением, возмущающим течение струи, то угол расширения увеличится, а скорости течения воздуха вдоль струи будут уменьшаться быстрее, так как подмешивание окружающего воздуха окажется более интенсивным. При этом соответственно укоротится начальный участок - наиболее чистая область струи. К увеличению угла расширения начального участка струи прибегают, если необходимо увеличить площадь зоны, обдуваемой струей. Угол расширения основного участка струи практически не зависит от формы приточного насадка и во всех случаях примерно равен 22°.

Характерным свойством приточной струи является ее дальнобойность. Скорость в струе, хотя и уменьшается по мере отдаления от приточного отверстия, но может быть ощутима еще на значительных расстояниях. При этом уменьшение скорости происходит тем медленнее, чем (при прочих равных условиях) больше размеры отверстия.

Дальнобойность приточной струи является положительным свойством в тех случаях, когда гигиеническое задание требует обдувания тела воздушным потоком при значительном удалении рабочего от приточного отверстия. Дальнобойность используется также при устройстве воздушной завесы и в случаях, когда струей можно отклонить поток загрязненного воздуха в зону действия вытяжного воздухоприемника.

Если необходимо избежать ощущения неприятного дутья, например при устройстве общеобменной вентиляции, дальнобойность стремятся уменьшить и выпускать воздух с малыми скоростями, чтобы на рабочем месте получить допускаемую подвижность (0,2-0,5 м/сек). Быстрого уменьшения начальной скорости и рассеяния потока можно добиться путем применения специальных конструкций воздухораспределителей. На условия распространения приточной струи влияет ее температура. Если температура струи и окружающей среды одинакова, ось струи прямолинейна. Если воздух струи теплее, чем воздух помещения, то ось струи загибается вверх, а при температуре воздуха струи более низкой, чем в помещении, ось струи искривляется книзу.

Изложенные положения относятся к так называемой свободной струе, вытекающей в неограниченное пространство, т. е. практически при распространении вдали от ограждений помещения. Если расширяющаяся струя касается поверхности стены, потолка или пола, то она «налипает» на эту поверхность. Структура струи при этом изменяется - она начинает расширяться односторонне и дальнобойность ее увеличивается.

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°.