Книги / Каменев П.Н. Вентиляция1

{2о - Свозд Роу(Ио^?0 -

Поделив ее на расход в произвольном сечении струи, получим

среднюю по площади поперечного сечения струи избыточную тем-

пературу-

Применяемые в расчетах воздухораспределения и воздушного

уширования

формулы для расчета параметров воздушных струй

л)

и 5.2.

представлены в табл. 5.1

Таблица 5.1

Формулы расчета параметров начального участка струй

Параметры

Осесимметричная

Плоская

струи

струя

струя

Относительные осевые скорость

1

1

и избыточная температура

Ар/Ар

Относительный расход воздуха

0,425

0,0036

-

0

03

-

в струе Ьх= Ьо

1

+

'—о

+

1 + ,

Во^

—

'о

Относительный радиус /у/г0 и

1+ 0,125

1 + 0,135-

полуширина Вх/ В0 струи по ско-

Во^

рости

Го

Относительные радиус гх

/г0 и

1 -

Го

В0

полуширина

Вх

/ В0 ядра посто

-

0,85—

1-0,75—

янных скоростей

Относительные средние по рас-

1

1

ходу скорость у /н0 и избыточ-

+ 0,425—

+ 0,0036 -

2

03-В0

ная температура^Аг /А?0

1

1 + 0,

^

Го

Го

^

Относительная средняя по пло

0, 425-

/

\ 2

1 + 0,03

Щади скорость C E / C0

1

+

+

0,0036 -

В

г0

I

го

^

^

1

-

1 + 0,135

-

+ 0,125

г0

В^0

Относительная средняя избы

тонная температура ДГ/гл/Дг

вп Р и м е ч а н и е: В0 - полуширина

°льном сечении х.

1 + 0,045—	+ 0,005	Л2	1	,04|-
		-		+ 0	В0
г0	13		1 + 0,135		^
1+ 0,135-
					В0
	Го

щели; Вх - полуширина струи в произ-

151

Электронная библиотека Ьббр://:1 дV.кПзби.ги

СЛ

ГО

05

01

а

ГГ

г+

г+

г+

03

ГГ

гг

Формулы расчета параметров основного участка струй

Таблица 5.2

Тип приточной струи

Осесимметричная струя

Плоская струя

Веерная струя

Скорость на оси струи

V, = /ЯУ0 >/Дэ"А

ух = ту0 л/ 2 В0 / х

V, = 'ЯУ0 л/До А

Избыточная температура на оси

"

Ых = пД/0^А

струи

Дг, = пД*0 л/До /*

Дт, = пД/ол/ 2В0 / х

Скорость в любой точке

C, = (ту

л

А

)X

у, = 1

] 2 >/ E х

У, = (HC

; )E

07

)2 ]

07

поперечного сечения струи

хехр[-0, 5(у,/с^)2 ]

хехр -0, 5 (у,/сл,

Д/, — (мД/0 л/До"А)х

Избыточная температура в

д?! = (лд/о7лА)х

Дг, = пДг0 л/ 2В0 / х х

любой точке поперечного

хехр[

- ,

4(у,

2

хехр -0, 4(у,

/

сх,

)2

]

-

(у,/ст,

2

]

сечения струи

0

/сх, )

]

[

хехр[ 0, 4

)

Секундный объем воздуха , в

2

^

произвольном сечении струи

Т,. = 2пс ту0 ху[/{)

10 = 2

т1

х

1Х - 2пс

л

ту0 хТ(

)

у0с

пВ0

гхи * C

;

HC л д

? HC

шУ

д

Радиус полуширина Б струи

Ъ = сл

21п (

0 /

А)

(

0 Л/2

/; )

гх = сху 21п (

0 >/

АО

по скорости . Примечание : * -

21

скорость

^

^

^

^

на границе

Размер зоны прямого действия

/? =

0,61x1т

2

/? = 0, 095х/

2

струи

В = 0, 66 х /т

>л

П р и м е ч а н и е: В0 - полуширина струи, м.

Прямоугольные струи, истекающие из прямоугольного отвер-

~тия, чаще всего применяют в вентиляционной технике. Характер

определения скоростей и избыточных температур в прямоуголь-

ной струе зависит от соотношения сторон приточного отверстия. ^сЛи стороны отверстия соизмеримы (отношение сторон не превы- шает 1:3), то образуется компактная струя.

По Шепелеву, прямоугольная струя состоит из 3-х участков: на-

чального, участка плоской струи и участка компактной струи.

Длина начального участка определяется по формуле:

х\ кр - 6,88* (2В),

где 2В - размер одной стороны приточного отверстия. Осевая скорость на участке плоской струи равна:

уось = 2,62C0 2В

Длина участка плоской струи хкра (второе критическое сечение

определяется длинной стороной приточного отверстия /

хкр 2 =6,Ш .

На участке компактной струи осевая скорость зависит от пло-

щади приточного отверстия:

Уось 6,88 У0 л/Д)

§28. Закономерности развития струй, испытывающих

воздействие ограждающих конструкций зданий

Сосредоточенная подача приточного воздуха в верхнюю зо-

ну помещения с большими скоростями применяется в системах

вентиляции совмещенных с воздушным отоплением помещений. В

промышленных зданиях воздух подается вдоль пролета. Такой спо-

соб подачи притока иногда называют «сосредоточенная подача», он

позволяет провентилировать и обеспечить отопление пролета на

протяжении 50-60 м.

Исследованиями было установлено, что сосредоточенная струя,

Пойдя некоторое расстояние под потолком, возвращается к месту

Стечения через рабочую зону помещения (рис. 5.4).

153

Электронная библиотека Ъббр:// Х.<уч.кЬзТи.ги

(Л

и

0)

Я

73

о

к

я

аз

а

я

а

о

я

О

я

ГГ

г+

г+

73

г+

10

<

7Г

ГГ

СО

СТ

с

и

я

7 6 5 4 3 2

	5				Сбб%(	•	78%-
/			48°/		60%^'			100%
	24%		42%		54%
			36%
	18%		24%
			18%"
	12%		12%
			0%
	6%-
7 /			0%	^
V	0% ’
—18%\	6%	3 4%
	12%		2,5%		-2,5%		2,5%	3%
29 , 0 25,3	21,6	17,9	14,3		10,6	6,9		3,2
Коэффициент турбулентной структуры а = 0,076					Высота подачи воздуха И = 0,85Н

Рис 5 4 Принципиальная схема компактной струи, развивающейся в замкнутом пространстве

СО

со

II

о

С)

^ I

о

О)

од

8%

I '

0,0 1/Д)

Струя развивается как свободная на участке до первого крити-

цеского сечения:

I1 кр 0,22ту] АП 5

(5-19)

где т - коэффициент затухания осевой скорости на основном участ-

ке струи; Ап - площадь части поперечного сечения помещения,

обслуживаемая одной приточной струей, м2

В районе первого критического сечения поперечное сечение

струи занимает до 25% части поперечного сечения помещения, об-
служиваемого одной		струей,	после чего наступает режим насти-
лающейся струи	. Между 1 м		и 2	м	критическими сечениями	замед
		-	-			-
ляется прирост скоростей и расхода воздуха в струе, уменьшается
средняя скорость движения воздуха. 2-е критическое сечение распо-
лагается на удалении от места истечения равном:
		/2 кр	'-			(5.20)
			Ь

В районе 2-го критического сечения струя постепенно достигает

максимальной величины, ее поперечное сечение занимает до 42% от

площади обслуживаемой части поперечного сечения помещения. По- сле 2-го критического сечения струя начинает угасать. От нее отде- ляются массы воздуха, которые вовлекаются в обратный воздушный поток, располагающийся в рабочей зоне. Но, тем не менее, движение воздуха в верхней зоне помещения продолжается в прежнем направ-

лении и максимальная дальнобойность струи достигает величины:

(5.21)

Между 2-м критическим сечением и зоной максимальной дально-

бойности струи наблюдается повышенная подвижность воздуха в ра-

бочей зоне, поэтому в этой части помещения не рекомендуется раз- мещать постоянные рабочие места. Максимальная скорость воздуха и

разность температур в рабочей зоне (в обратном потоке во 2-м крити-

ческом сечении) при сосредоточенной подаче компактными и непол-

ными веерными струями может быть определена по формулам:

макс = 0,78т0	)	(5.22)
	А
	К ’
^иакс ~ 1> 4ДЩ		(5.23)
		155

Электронная библиотека ЫРр: / /1:дV . к1151:и .ги

где А0 - площадь приточного насадка для подачи воздуха в помеще-

ние, м2; Апои - площадь поперечного сечения помещения, обслужи-

ваемая одной струей и равная произведению высоты помещения

Нпом и ширины помещения, обслуживаемой одной струей Впом•

Указанные закономерности определены путем обработки экс-

периментальных данных и справедливы для следующих соотноше-

ний высоты Нпом и ширины помещения Впом,обслуживаемых одной

струей:

• если	А		> 22, то В„ом < 3,5Я,ПОМ 5
	А
		)
• если 22		>	А	>11, то Впом < 2,5 Нп,ом ?
			А
• если 11		>	А)	—б , то В)ЮМ < 1,5 Нпом, •>
			А

где Нпом - высота помещения, м.

Струи, настилающиеся на плоскую поверхность обладают большой дальнобойностью.

Явление настилания проявляется в том, что направленная на

плоскость струя растекается на ней, как бы налипая на нее. Причина

налипания состоит в том, что при близком расположении кромки приточного отверстия и плоскости, ограниченный объем воздуха,

между струей и плоскостью быстро вовлекается струей д движение и

статическое давление в этом объеме делается отрицательным. В ре-

зультате струя прижимается к плоскости и, настилаясь («налипая») на нее, будет распространяться как полуограниченная.

При угле между плоскостью и осью струи а = 90° растекание

струи происходит равномерно во все стороны. Эта особенность

используется в плафонах со щитом поперек потока для формиро- вания веерной струи. С уменьшением угла а до 45° большая часть струи будет направлена в направлении истечения, а при а = 22°30 вся струя потечет в одну сторону. Это явление изображено на ри-

сунке 5.5.

Если кромка приточной щели соприкасается с плоскостью и

направление струи параллельно ей, то настилание произойдет сразу

(рис. 5.6). Если при совмещенной с началом плоскости кромки при-

точного отверстия ось струи будет направлена вверх относительно плоскости, но под углом а < 30°, то настилание все равно произои-

156

Электронная библиотека ЕЕЕр:/ / Ьдч.кЕзЕи.ги

но на некотором расстоянии от плоскости истечения. Профи-

ли скоростей для этих случаев настилания представлены на рис. 5.6.

а)	V		0,88			0,62		0,49		= 0,42
		&
	'
	а = 22°30	0	2	3	4	5	6	7	8	хШ
										Vось = 0,30
						0,70 ^				V )
			0,86							*
-4 -3 -2		0	2	3	4	5	6	7	8	х!с1

Рис 5.5 Профили скоростей струи при настилании на плоскость под углами 22° 30' и 45°

а - угол истечения 22° 30'; 6 - угол истечения 45°

а) 0,99			0,92	0,75		0,64			0	,60	0	,51	^ось = 0,44
															мм
2В0=Ю мм															1100
															- 50
*	5	10	15	20	25	30	35		40	45	50	55	60	65	х /2В0
															мм
															150
6)															100
а =-30У °															50
2^о=Ю мм		10	15	20	25	30	35		40	45\	50	55	60	65	х/2В0
		0,99		0,81		0,71		0,65		0,58		0,50		^осьт0	= 0,46

рис 5.6. Профили скоростей струи при настилании на плоскость и истечении

параллельно плоскости и в направлении снизу-вверх

а -истечение параллельно плоскости, б - истечение под углом снизу-вверх

В Реальных условиях воздухораздачи приточная решетка отстоит

на некотором расстоянии от потолка, но и в этом случае налипа-

ние еоздушного потока на плоскость имеет место, хотя и происхо-

Дит на некотором расстоянии от плоскости истечения. Условием

Гарантированного налипания струи на потолок при горизонталь-

157

Электронная библиотека Ыбр://:1 дV.кЪзби.ги

ном направлении выпуска воздуха в помещение является выпол- нение условия:

#в/7 > 0,65ДПОМ ?

где Нвр и Нпом - высота размещения оси приточного отверстия возду-

хораспределителя относительно пола и высота помещения.

Настилающиеся струи принято называть полуограниченными,

поскольку приток воздуха к струе происходит лишь с одной сторо-

ны. Дальнобойность настилающейся струи больше, нежели у сво-

бодной, так как вовлекаемый в движение воздух подтекает к ней

лишь с одной стороны.

Неизотермические струи, настилающиеся на горизонтальные плоскости, при определенных условиях будут отрываться от них.

Отрыв холодной струи от потолка и нагретой от плоскости пола

объясняется архимедовыми силами. Место отрыва струи зависит от соотношения сил архимедовых, инерционных и сил вязкости, оце-

ниваемое величиной критерия Архимеда [Аг = (#<7о А?)/( Т)].

Опыты, проведенные М.Ф. Бромлеем с нагретой струей, показа- ли, что ее отрыв от плоскости при различных скоростях истечения

из насадка в диапазоне значений числа Рейнольдса от 3100 до 19000

и критерия Архимеда от 0,0023 до 0,054 происходит на различных относительных расстояниях. Если величина Аг находится в пределах

от 0,0023 до 0,0097, струя не отрывается от плоскости на расстоянии х/<70 = 22-25, при Аг от 0,0127 до 0,0207 отрыв происходит на рас-

стоянии х/с10 = 6-7, а при Аг = 0,054 и Яе = 3100 нагретая струя во- обще не настилается на плоскость, отрываясь от плоскости вблизи

насадка.

Применительно к охлажденным струям, настилающимся на по- толок, исследования проводились более подробно, что позволило

предложить формулы для определения точки отрыва:

• для компактных и неполных веерных струй		расстояние от
плоскости приточного отверстия до точки отрыва х0 составляет
*0 = 0	,5Н,	(5.24)
• для плоских и веерных струй		(5.25)
х0 = 0	,4Н,

где Н - геометрическая характеристика струи, более подробно ра°"

сматриваемая в следующем разделе.

158

Электронная библиотека ЬЕЕр://:1 дV.кЕзби.ги

§29. Воздушные фонтаны

Воздушным фонтаном называется неизотермическая свобод- ная воздушная струя, ось которой заметно отклоняется от прямой

под действием гравитационных, (архимедовых) сил.

В зависимости от формы приточного отверстия различают фон-

таны компактные, плоские, конические, веерные, закрученные и т.д.

Задача расчета о воздушном фонтане состоит в определении

формы оси фонтана, а также в оценке скорости и избыточной темпе- ратуры в любой точке на оси и в объеме струи фонтана.

В учебнике теория воздушных фонтанов излагается по И.А. Ше-

пелеву.

Степень влияния гравитационных сил на траекторию струи, степень ее неизотермичности может оцениваться текущим критери-

ем Архимеда Аг' или величиной геометрической характеристики

фонтана (струи) Н, предложенной И.А. Шепелевым. Текущий кри-

терий Архимеда оценивает соотношение гравитационных и инерци- онных сил в поперечном сечении струи на расстоянии х от приточ- ного отверстия:

03; =_	8хТокр	(5.26)

где § - ускорение силы тяжести, м/с2; х - расстояние от приточного

отверстия воздухораспределителя до расчетного сечения, м; уА -

скорость воздуха на оси в сечении х\ А{х - избыточная температура

оси в сечении х.

Геометрическая характеристика струи может быть выражена

через параметры воздушного потока на выходе из приточного от-

верстия и абсолютную температуру окружающего воздуха:

Н =	тМ"6@	4	(5.27)

Ее можно преобразовать для струй различного вида в более про-

Стые формулы:

• компактные, конические и веерные струи

Н ~ 5,45 ^пА10	(5.28)
	159

Электронная библиотека ЪГГр:/ / Ьдч.ккзГи.ги

• плоские струи

В ( т у	о	)4	(5.29)
0
Н =9,6 з ( пМр )2
Фонтан, независимо от схемы подачи, сохраняет первоначаль-
ное направление движения на расстоянии, м:
х < 0,45Я.			(5.30)

При вертикальной подаче нагретого воздуха сверху вниз струи

воздушного фонтана полностью затормаживаются на расстоянии:

•компактные, конические и неполные веерные, м: х = 0,55Я;

•плоские, м: х = 0,8Я.

При вертикальной подаче неизотермичность можно не учиты-

вать, если х < 0,35Я или я/л/Д^> 100.

Уравнение оси струи воздушного фонтана составляется в

прямоугольной системе координат с горизонтальной осью Ох, верти-

кальной Оу, с началом координат в центре приточного отверстия.

Вводится дополнительная ось Оз, направленная по вектору началь-

ной скорости струи. Угол между абсциссой Ох и осью Оз составляет

а (рис. 5.7).

2

Я

		А
		V ,	г:
			N
			в	о
Ао	^0		ОД
		а	*

X

X

Рис 5.7. Схема воздушного фонтана, истекающего под углом к плоскости

горизонта

Если бы струя была изотермической, то ее ось на всем протяже-

нии совпадала бы с осью Оз, и уравнение оси струи можно было бы

записать как:

160

Электронная библиотека ВЕЕр://ЕдV.кЕзЕи.ги