Главная > Учебное пособие

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

1. Аверкин А.Г. Примеры и задачи по курсу «Кондиционирование воздуха и холодоснабжение»: Учебное пособие. – Пенза: ПГАСА, 2002. – 116 с. 2. Ананьев В.А., Балуева Л.Н., Гальперин А.Д. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика: Учебное пособие. – М.: «Евроклимат», изд во «Арина», 2000 – 416 с. 3. Бражников А.М., Малова Н.Д. Кондиционирование воздуха на предприятиях мясной и молочной промышленности. – М.: Пищевая пром-сть, 1979. – 265 с. 4. Малова Н.Д. Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для предприятий пищевой промышленности. – М.: ТермоКул, 2005. – 304 с. 5. Краснов Ю.С., Борисоглебская А.П., Антипов А.В. Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию, испытаниям и наладке. – М.: ТермоКул, 2004. – 373 с 6. Свистунов В.М., Пушняков Н.К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов агропромышленного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства: Учебник для вузов. – СПб.: Политехника, 2001. – 423 с. 7. Сотников А.Г. Термодинамические основы обработки воздуха. Конспект лекций: В 2 ч. – Л.: ЛТИХП, 1977, – 136 с. 8. Строительные нормы и правила. Отопление, вентилящия и кондиционирование воздуха. СНиП 41-01-2003 – М.: Изд-во ЦНТИ, 2004. 9. Строительные нормы и правила. Строительная климатология. СНиП 23-01-99 – М.: Изд-во ЦНТИ, 2000. 10. Строительные нормы и правила. Строительная теплотехника. СНиП II-3-79* – М.: Изд-во ЦНТИ, 1998. 11. Техническая термодинамика: Учебник для вузов /Под ред. В.И. Крутова – 2-е изд., перераб. – М.: Высш. школа, 1981. – 439 с. 12. Цветков Ю.Н. Бурцев С.И. Кондиционирование воздуха: Учебное пособие. – Л. ЛТИХП, 1986. – 81 с. 13. Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. – 3-е изд., перераб. – М.: Агропромиздат, 1989. – 223 с.

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.

Шифр…(выбирается по двум последним цифрам зачетной книжки). Исходные данныевыбрать из таблиц 1 и 2 приложения. Следует указать:

Расчетные допустимые или оптимальные параметры воздуха в рабочей зоне кондиционируемых помещений выбираются в зависимости от периода года и характера работы людей в помещении. Расчетные параметры наружного воздуха по параметрам «Б» приведены в таблице 1 приложения.

Тепловлажностный баланс кондиционируемого помещения.

Следует произвести расчет поступлений теплоты и влаги в кондиционируемое помещение от различных источников в летний и зимний периоды года. При расчете теплопритоков от солнечной радиации через остекленные ограждения следует учитывать большую величину теплопритоков, для чего определяется теплоприток через остекленные ограждения в одной наружной стене с большей площадью остекления и сравнивается с суммарной величиной теплопритоков через остекленные ограждения двух смежных стен, умноженной на коэффициент 0,7. В летний период теплопритоки через массивные ограждения (стены) проникают в помещение с запаздыванием на 7…10 часов. В связи с этим теплоприток через наружные ограждения в теплый период рассчитывают по уравнению:

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.

Определить количество воздуха, которое необходимо подавать в кондиционируемое помещение:

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»)

Последняя цифра шифра		Геогр. широта	Время года	Температура, ºС	Удельная энтальпия, кДж/кг	Амплитуда суточных колебаний,
	Архангельск		теплыйхолодный
	Екатеринбург		теплыйхолодный
	Иркутск		теплыйхолодный
	Кемерово		теплыйхолодный
	Москва		теплыйхолодный
	Новосибирск		теплыйхолодный
	Омск		теплыйхолодный
	Санкт -Петербург		теплыйхолодный
	Уфа		теплыйхолодный
	Якутск		теплыйхолодный

Таблица 2

Характеристика здания

Предпоследняя цифра шифра

Остекление стен, %

эл.дв, кВт

Технолог. влага, кг/ч

Ориентация стены I

Администр. здание

Концерт. зал

Продолжение таблицы 2

Цех розлива молока

Таблица 3

Коэффициент теплоотдачи α, Вт/(м 2 ∙К)	Внутренняя поверхность ограждающих конструкций (стен, полов, гладких потолков)
	Наружная поверхность ограждающих конструкций (наружных стен)
	Наружная поверхность перекрытий над неотапливаемым техническими подпольями
	Наружная поверхность чердачных перекрытий
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м∙К)	Кирпичная кладка из сплошного кирпича глиняного обыкновенного на цементно-песчаном растворе (δ = 640 мм)
	Кирпичная кладка из сплошного кирпича керамического пустотного на цементно-песчаном растворе (δ = 640 мм)
	Цементно-песчаный раствор (δ = 15 мм)
	Железобетон (δ = 200 мм)
	Гравий керамзитовый (засыпка) (δ = 200…300 мм)
Приведенное сопротивление теплопередаче окон R ок, м 2 ∙К/Вт	Двойное остекление в деревянных переплетах
	Двухслойные стеклопакеты в деревянных переплетах
	Двухслойные стеклопакеты в металлических переплетах
	Двойное остекление витрин в металлических переплетах

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

650010, г. Кемерово, ул. Красноармейская.52

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
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,
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
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».
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

ЛАМИНАРНЫЙ И ТУРБУЛЕНТНЫЙ ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК

УСТАНОВИВШИЙСЯ ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК

Установившимся воздушным потоком называется такое течение воздуха, при котором скорость потока в любой точке, а также основные параметры (давление, температура и плотность) не изменяются с течением времени. То есть, если через определенные промежутки времени мы в одной и той же точке будем измерять скорость и другие параметры воздуха и при всех измерениях величины параметров одинаковы, то этот воздушный поток установившийся. Если же измеряемые величины меняются, то поток - неустановившийся. В аэродинамике рассматривают только установившийся воздушный поток. Основным понятием аэродинамики является понятие элементарной струйки воздуха.

Элементарная струйка - это мысленно выделенный поток (небольшой замкнутый контур в виде трубки), через боковую поверхность которого воздух протекать не может ни вовнутрь, ни наружу.

Ламинарный - это воздушный поток, в котором струйки воздуха движутся в одном направлении и параллельны друг другу. При увеличении скорости до определенной величины струйки воздушного потока кроме поступательной скорости также приобретают быстро меняющиеся скорости, перпендикулярные к направлению поступательного движения. Образуется поток, который называется турбулентным, т. е. беспорядочным.

Пограничный слой - это слой, в котором скорость воздуха изменяется от нуля до величины, близкой к местной скорости воздушного потока.

При обтекании тела воздушным потоком (Рис. 5) частицы воздуха не скользят по поверхности тела, а тормозятся, и скорость воздуха у поверхности тела становится равной нулю. При удалении от поверхности тела скорость воздуха возрастает от нуля до скорости течения воздушного потока.

Толщина пограничного слоя измеряется в миллиметрах и зависит от вязкости и давления воздуха, от профиля тела, состояния его поверхности и положения тела в воздушном потоке. Толщина пограничного слоя постепенно увеличивается от передней к задней кромке. В пограничном слое характер движения частиц воздуха отличается от характера движения вне его.

Рассмотрим частицу воздуха А (рис.5), которая находится между струйками воздуха со скоростями U 1 и U 2 , за счет разности этих скоростей, приложенных к противоположным точкам частицы, она вращается и тем больше, чем ближе находится эта частица к поверхности тела (где разность скоростей наибольшая). При удалении от поверхности тела вращательное движение частицы замедляется и становится равным нулю ввиду равенства скорости воздушного потока и скорости воздуха пограничного слоя.

Позади тела пограничный слой переходит в спутную струю, которая по мере удаления от тела размывается и исчезает. Завихрения в спутной струе попадают на хвостовое оперение самолета и снижают его эффективность, вызывают тряску (явление Бафтинга).

Пограничный слой разделяют на ламинарный и турбулентный (рис. 6). При установившемся ламинарном течении пограничного слоя проявляются только силы внутреннего трения, обусловленные вязкостью воздуха, поэтому сопротивление воздуха в ламинарном слое мало.

Рис. 5. Изменение скорости течения воздуха в пограничном слое

Рис. 6. Обтекание тела воздушным потоком - торможение потока в пограничном слое

Рис. 7. Ламинарное и турбулентное течение

В турбулентном пограничном слое наблюдается непрерывное перемещение струек воздуха во всех направлениях, что требует большего количества энергии для поддерживания беспорядочного вихревого движения и, как следствие этого, создается большее по величине сопротивление воздушного потока движущемуся телу.

Для определения характера пограничного слоя служит коэффициент C f . Тело определенной конфигурации имеет свой коэффициент. Так, например, для плоской пластины коэффициент сопротивления ламинарного пограничного слоя равен:

для турбулентного слоя

где R e - число Рейнольдса, выражающее отношение инерционных сил к силам трения и определяющее отношение двух составляющих - профильное сопротивление (сопротивление формы) и сопротивление трения. Число Рейнольдса R e определяется по формуле:

где V - скорость воздушного потока,

I - характер размера тела,

γ - кинетический коэффициент вязкости сил трения воздуха.

При обтекании тела воздушным потоком в определенной точке происходит переход пограничного слоя из ламинарного в турбулентный. Эта точка называется точкой перехода. Расположение ее на поверхности профиля тела зависит от вязкости и давления воздуха, скорости струек воздуха, формы тела и его положения в воздушном потоке, а также от шероховатости поверхности. При создании профилей крыльев конструкторы стремятся отнести эту точку как можно дальше от передней кромки профиля, чем достигается уменьшение сопротивления трения. Для этой цели применяют специальные ламинизированные профили, увеличивают гладкость поверхности крыла и ряд других мероприятий.

При увеличении скорости воздушного потока или увеличении угла положения тела относительно воздушного потока до определенной величины в некоторой точке происходит отрыв пограничного слоя от поверхности, при этом резко уменьшается давление за этой точкой.

В результате того, что у задней кромки тела давление больше чем за точкой отрыва, происходит обратное течение воздуха из зоны большего давления в зону меньшего давления к точке отрыва, которое влечет за собой отрыв воздушного потока от поверхности тела (рис. 7).

Ламинарный пограничный слой отрывается легче от поверхности тела, чем турбулентный.

Ламинарный - это воздушный поток, в котором струйки воздуха движутся в одном направлении и параллельны друг другу. При увеличении скорости до определенной величины струйки воздушного потока кроме поступательной скорости также приобретают быстро меняющиеся скорости, перпендикулярные к направлению поступательного движения. Образуется поток, который называется турбулентным, т. е. беспорядочным.

Пограничный слой

Пограничный слой - это слой, в котором скорость воздуха изменяется от нуля до величины, близкой к местной скорости воздушного потока.

Рассмотрим частицу воздуха А (Рис. 6), которая находится между струйками воздуха со скоростями U1 и U2, за счет разности этих скоростей, приложенных к противоположным точкам частицы, она вращается и тем больше, чем ближе находится эта частица к поверхности тела (где разность скоростей наибольшая). При удалении от поверхности тела вращательное движение частицы замедляется и становится равным нулю ввиду равенства скорости воздушного потока и скорости воздуха пограничного слоя.

Пограничный слой разделяют на ламинарный и турбулентный (Рис. 7). При установившемся ламинарном течении пограничного слоя проявляются только силы внутреннего трения, обусловленные вязкостью воздуха, поэтому сопротивление воздуха в ламинарном слое мало.

Рис. 5

Рис. 6 Обтекание тела воздушным потоком - торможение потока в пограничном слое

Рис. 7

В турбулентном пограничном слое наблюдается непрерывное перемещение струек воздуха во всех направлениях, что требует большего количества энергии для поддерживания беспорядочного вихревого движения и, как следствие этого, создается большее по величине сопротивление воздушного потока движущемуся телу.

Для определения характера пограничного слоя служит коэффициент Cf. Тело определенной конфигурации имеет свой коэффициент. Так, например, для плоской пластины коэффициент сопротивления ламинарного пограничного слоя равен:

для турбулентного слоя

где Re - число Рейнольдса, выражающее отношение инерционных сил к силам трения и определяющее отношение двух составляющих - профильное сопротивление (сопротивление формы) и сопротивление трения. Число Рейнольдса Re определяется по формуле:

где V - скорость воздушного потока,

I - характер размера тела,

кинетический коэффициент вязкости сил трения воздуха.

Ламинарный пограничный слой отрывается легче от поверхности тела, чем турбулентный.

Уравнение неразрывности струи воздушного потока

Уравнение неразрывности струи воздушного потока (постоянства расхода воздуха) - это уравнение аэродинамики, вытекающее из основных законов физики - сохранения массы и инерции - и устанавливающее взаимосвязь между плотностью, скоростью и площадью поперечного сечения струи воздушного потока.

Рис. 8

Рис. 9

При рассмотрении его принимают условие, что изучаемый воздух не обладает свойством сжимаемости (Рис. 9).

В струйке переменного сечения через сечение I протекает за определенный промежуток времени секундный объем воздуха, этот объем равен произведению скорости воздушного потока на поперечное сечение F.

Секундный массовый расход воздуха m равен произведению секундного расхода воздуха на плотность р воздушного потока струйки. Согласно закону сохранения энергии, масса воздушного потока струйки m1, протекающего через сечение I (F1), равна массе т2 данного потока, протекающего через сечение II (F2), при условии, если воздушный поток установившийся:

m1=m2=const, (1.7)

m1F1V1=m2F2V2=const. (1.8)

Это выражение и называется уравнением неразрывности струи воздушного потока струйки.

F1V1=F2V2= const. (1.9)

Итак, из формулы видно, что через различные сечения струйки в определенную единицу времени (секунду) проходит одинаковый объем воздуха, но с разными скоростями.

Запишем уравнение (1.9) в следующем виде:

Из формулы видно, что скорость воздушного потока струи обратно пропорциональна площади поперечного сечения струи и наоборот.

Тем самым уравнение неразрывности струи воздушного потока устанавливает взаимосвязь между сечением струи и скоростью при условии, что воздушный поток струи установившийся.

Статическое давление и скоростной напор уравнение Бернулли

воздух самолет аэродинамика

Самолет, находящийся в неподвижном или подвижном относительно него воздушном потоке, испытывает со стороны последнего давление, в первом случае (когда воздушный поток неподвижен) - это статическое давление и во втором случае (когда воздушный поток подвижен) - это динамическое давление, оно чаще называется скоростным напором. Статическое давление в струйке аналогично давлению покоящейся жидкости (вода, газ). Например: вода в трубе, она может находиться в состоянии покоя или движения, в обоих случаях стенки трубы испытывают давление со стороны воды. В случае движения воды давление будет несколько меньше, так как появился скоростной напор.

Согласно закону сохранения энергии, энергия струйки воздушного потока в различных сечениях струйки воздуха есть сумма кинетической энергии потока, потенциальной энергии сил давления, внутренней энергии потока и энергии положения тела. Эта сумма - величина постоянная:

Екин+Ер+Евн+Еп=сопst (1.10)

Кинетическая энергия (Екин) - способность движущегося воздушного потока совершать работу. Она равна

где m - масса воздуха, кгс с2м; V-скорость воздушного потока, м/с. Если вместо массы m подставить массовую плотность воздуха р, то получим формулу для определения скоростного напора q (в кгс/м2)

Потенциальная энергия Ер - способность воздушного потока совершать работу под действием статических сил давления. Она равна (в кгс-м)

где Р - давление воздуха, кгс/м2; F - площадь поперечного сечения струйки воздушного потока, м2; S - путь, пройденный 1 кг воздуха через данное сечение, м; произведение SF называется удельным объемом и обозначается v, подставляя значение удельного объема воздуха в формулу (1.13), получим

Внутренняя энергия Евн - это способность газа совершать работу при изменении его температуры:

где Cv - теплоемкость воздуха при неизменном объеме, кал/кг-град; Т-температура по шкале Кельвина, К; А - термический эквивалент механической работы (кал-кг-м).

Из уравнения видно, что внутренняя энергия воздушного потока прямо пропорциональна его температуре.

Энергия положения En - способность воздуха совершать работу при изменении положения центра тяжести данной массы воздуха при подъеме на определенную высоту и равна

где h - изменение высоты, м.

Ввиду мизерно малых значений разноса центров тяжести масс воздуха по высоте в струйке воздушного потока этой энергией в аэродинамике пренебрегают.

Рассматривая во взаимосвязи все виды энергии применительно к определенным условиям, можно сформулировать закон Бернулли, который устанавливает связь между статическим давлением в струйке воздушного потока и скоростным напором.

Рассмотрим трубу (Рис. 10) переменного диаметра (1, 2, 3), в которой движется воздушный поток. Для измерения давления в рассматриваемых сечениях используют манометры. Анализируя показания манометров, можно сделать заключение, что наименьшее динамическое давление показывает манометр сечения 3-3. Значит, при сужении трубы увеличивается скорость воздушного потока и давление падает.

Рис. 10

Причиной падения давления является то, что воздушный поток не производит никакой работы (трение не учитываем) и поэтому полная энергия воздушного потока остается постоянной. Если считать температуру, плотность и объем воздушного потока в различных сечениях постоянными (T1=T2=T3;р1=р2=р3, V1=V2=V3), то внутреннюю энергию можно не рассматривать.

Значит, в данном случае возможен переход кинетической энергии воздушного потока в потенциальную и наоборот.

Когда скорость воздушного потока увеличивается, то увеличивается и скоростной напор и соответственно кинетическая энергия данного воздушного потока.

Подставим значения из формул (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) в формулу (1.10), учитывая, что внутренней энергией и энергией положения мы пренебрегаем, преобразуя уравнение (1.10), получим

Это уравнение для любого сечения струйки воздуха пишется следующим образом:

Такой вид уравнения является самым простым математическим уравнением Бернулли и показывает, что сумма статического и динамического давлений для любого сечения струйки установившегося воздушного потока есть величина постоянная. Сжимаемость в данном случае не учитывается. При учете сжимаемости вносятся соответствующие поправки.

Для наглядности закона Бернулли можно провести опыт. Взять два листка бумаги, держа параллельно друг другу на небольшом расстоянии, подуть в промежуток между ними.

Рис. 11

Листы сближаются. Причиной их сближения является то, что с внешней стороны листов давление атмосферное, а в промежутке между ними вследствие наличия скоростного напора воздуха давление уменьшилось и стало меньше атмосферного. Под действием разности давлений листки бумаги прогибаются вовнутрь.

Аэродинамические трубы

Экспериментальная установка для исследования явлений и процессов, сопровождающих обтекание тел потоком газа называется аэродинамической трубой. Принцип действия аэродинамических труб основан на принципе относительности Галилея: вместо движения тела в неподвижной среде изучается обтекание неподвижного тела потоком газа В аэродинамических трубах экспериментально определяются действующие на ЛА аэродинамические силы и моменты исследуются распределения давления и температуры по его поверхности, наблюдается картина обтекания тела, изучается аэроупругость и т д.

Аэродинамические трубы зависимости от диапазона чисел Маха М разделяются на дозвуковые (М=0,15-0,7), трансзвуковые (М=0,7-1 3), сверхзвуковые (М=1,3-5) и гиперзвуковые (М=5-25), по принципу действия - на компрессорные (непрерывного действия), в которых поток воздуха создается спец компрессором, и баллонные с повышенным давлением, по компоновке контура - на замкнутые и незамкнутые.

Компрессорные трубы имеют высокий кпд, они удобны в работе, но требуют создания уникальных компрессоров с большими расходами газа и большой мощности. Баллонные аэродинамические трубы по сравнению с компрессорными менее экономичны, поскольку при дросселировании газа часть энергии теряется. Кроме того, продолжительность работы баллонных аэродинамических труб ограничена запасом газа в баллонах и составляет для различных аэродинамических труб от десятков секунд до несколько минут.

Широкое распространение баллонных аэродинамических труб обусловлено тем, что они проще по конструкции а мощности компрессоров, необходимые для наполнения баллонов, относительно малы. В аэродинамических трубах с замкнутым контуром используется значительная часть кинетической энергии, оставшейся в газовом потоке после его прохождения через рабочую область, что повышает КПД трубы. При этом, однако, приходится увеличивать общие размеры установки.

В дозвуковых аэродинамических трубах исследуются аэродинамические характеристики дозвуковых самолетов вертолетов а также характеристики сверхзвуковых самолетов на взлетно-посадочных режимах. Кроме того, они используются для изучения обтекания автомобилей и др. наземных транспортных средств, зданий, монументов, мостов и др. объектов На рис показана схема дозвуковой аэродинамической трубы с замкнутым контуром.

Рис. 12

1- хонейкомб 2 - сетки 3 - форкамера 4 - конфузор 5 - направление потока 6 - рабочая часть с моделью 7 - диффузор, 8 - колено с поворотными лопатками, 9 - компрессор 10 - воздухоохладитель

Рис. 13

1 - хонейкомб 2 - сетки 3 - форкамера 4 конфузор 5 перфорированная рабочая часть с моделью 6 эжектор 7 диффузор 8 колено с направляющими лопатками 9 выброс воздуха 10 - подвод воздуха от баллонов

Рис. 14

1 - баллон со сжатым воздухом 2 - трубопровод 3 - регулирующий дроссель 4 - выравнивающие сетки 5 - хонейкомб 6 - детурбулизирующие сетки 7 - форкамера 8 - конфузор 9 - сверхзвуковое сопло 10 - рабочая часть с моделью 11 - сверхзвуковой диффузор 12 - дозвуковой диффузор 13 - выброс в атмосферу

Рис. 15

1 - баллон с высоким давлением 2 - трубопровод 3 - регулирующий дроссель 4 - подогреватель 5 - форкамера с хонейкомбом и сетками 6 - гиперзвуковое осесимметричное сопло 7 - рабочая часть с моделью 8 - гиперзвуковой осесимметричный диффузор 9 - воздухоохладитель 10 - направление потока 11 - подвод воздуха в эжекторы 12 - эжекторы 13 - затворы 14 - вакуумная емкость 15 - дозвуковой диффузор

У твердых тел расстояния между молекулами очень малы и силы взаимного притяжения молекул велики. Молекулы совершают незначительные колебательные движения.

У газообразных веществ расстояния между молекулами значительно больше самих молекул, взаимное притяжение очень мало, молекулы движутся в различных направлениях и с различной скоростью. Энергия всех молекул вместе рассматривается как внутренняя энергия вещества.

Воздух рассматривается как совокупность большого количества молекул, как сплошная среда, в которой отдельные частицы соприкасаются друг с другом. Представление о сплошности среды позволяет существенно упростить исследование жидкости и газа.

Кроме этого в аэродинамике широкое применение нашел принцип обратимости движения. Согласно этому принципу вместо того, чтобы рассматривать движение тела в неподвижной среде, можно рассматривать движение среды относительно неподвижного тела.

Скорость набегающего невозмущенного потока в обращенном движении равна скорости самого тела в неподвижном воздухе.

Аэродинамические силы будут одинаковыми как для тела, движущегося в неподвижном воздухе, так и для неподвижного тела, обтекаемого воздухом, если скорость движения тела относительно воздуха будет одна и та же.

Обращение движения широко применяется при проведении опытов в аэродинамических трубах, а также в теоретических исследованиях, где используется понятие воздушного потока.

Воздушным потоком называется направленное движение хаотически движущихся частиц.

Если в любой точке пространства, занимаемой потоком жидкости или газа, давление, плотность, величина и направление скорости потока с течением времени не изменяются, движение этого потока называется установившимся . Если эти параметры в данной точке пространства с течением времени изменяются, то движение называется неустановившимся .

Существуют различные методы изучения движения жидкостей и газов. Один из них заключается в том, что движение отдельных частиц рассматривают в каждой точке пространства в данной момент времени. При этом исследуются так называемые линии тока.

Линией тока называется линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором скорости в этой точке. Совокупность линий тока заключена в некоторой трубкетока и образует элементарную струйку тока . Каждую выделенную струйку можно представить текущей изолированно от общей массы газа.

Разделение потока на струйки дает наглядное представление о сложном течении газа в пространстве. К отдельной струйке можно применить основные законы движения – сохранения массы и сохранения энергии. При помощи уравнений, выражающих эти законы, можно проводить физический анализ взаимодействия твердого тела с газом (воздухом).

По характеру течения воздушный поток может быть ламинарным и турбулентным.

Ламинарный - это воздушный поток, в котором струйки воздуха движутся в одном направлении и параллельны друг другу.

При увеличении скорости частицы воздуха кроме поступательной скорости приобретают быстро меняющиеся скорости, перпендикулярные к направлению поступательного движения. Образуется поток, который называется турбулентным , т. е. беспорядочным.

Пограничный слой

Пограничным слоем называется тонкий слой заторможенного газа, образующийся на поверхности тел, обтекаемых потоком. Вязкость газа в пограничном слое является основной причиной образования силы лобового сопротивления.

При обтекании какого-либо тела частицы газа, проходящие очень близко от его поверхности, будут испытывать сильное торможение. Начиная от некоторой точки вблизи поверхности скорость потока при приближении к телу уменьшается и на самой поверхности становится равной нулю. Распределение скоростей в других сечениях поверхности аналогично(рис.2.1).

Расстояние R , на котором происходит уменьшение скорости, называется толщиной пограничного слоя, а изменение скорости по толщине пограничного слоя – градиентом скорости.

Рис.2.1 Изменение скорости течения воздуха в пограничном слое

Толщина пограничного слоя измеряется в миллиметрах и зависит от вязкости и давления воздуха, от формы тела, состояния его поверхности и положения тела в воздушном потоке. Толщина пограничного слоя постепенно увеличивается от передней части тела, к задней.

На границе пограничного слоя скорость частиц становится равной скорости набегающего потока. Выше этой границы градиента скорости нет, поэтому вязкость газа практически не проявляется.

Таким образом, в пограничном слое скорости частиц изменяются от скорости внешнего потока на “границе” пограничного слоя до нуля на поверхности тела.

Из-за градиента скорости характер движения частиц газа в пограничном слое отличается от их движения в потенциальном слое. В пограничном слое вследствие разности скоростей U 1 -U 2 частицы приходят во вращательное движение (см. рис.2.2).

Вращение тем интенсивнее, чем ближе к поверхности тела находится частица. Пограничный слой всегда завихрен и поэтому его называют слоем поверхностного завихрения.

Рис. 2.2 Обтекание тела воздушным потоком - торможение потока в пограничном слое

Частицы газа из пограничного слоя уносятся потоком в область, распложенную позади обтекаемого тела, называемую спутной струей. Скорости частиц в спутной струе всегда меньше скорости внешнего потока, т.к. частицы попадают из пограничного слоя уже приторможенными.

Виды течения пограничного слоя . При небольшой скорости набегающего потока газ в пограничном слое течет спокойно в виде отдельных слоев. Такой пограничный слой называется ламинарным (рис.2.3,а). Пограничный слой завихрен, но движение газа упорядочено, слои не смешиваются, частицы вращаются в пределах одного и того же тонкого слоя.

Если в пограничном слое происходит энергичное перемешивание частиц в поперечном направлении и весь пограничный слой беспорядочно завихрен, такой пограничный слой называется турбулентным (рис.2,б).

В турбулентном пограничном слое наблюдается непрерывное перемещение струек воздуха во всех направлениях, что требует большего количества энергии. Сопротивление воздушного потока увеличивается.

с)

Рис. 2.3 Ламинарное и турбулентное течение

У передней части обтекаемого тела образуется ламинарный пограничный слой, которой затем переходит в турбулентный. Такой пограничный слой называется смешанным (рис.2.3,с).

При смешанном течении в определенной точке происходит переход пограничного слоя из ламинарного в турбулентный. Расположение ее на поверхности тела зависит от скорости струек, формы тела и его положения в воздушном потоке, а также от шероховатости поверхности. Положение точки определяется координатой Х с (Рис.2.3,) .

У гладких крыльевых профилей точка перехода обычно лежит на расстоянии, примерно равном 35% от длины хорды.

При создании профилей крыльев конструкторы стремятся отнести эту точку как можно дальше от передней кромки,увеличивая тем самым протяженность ламинарной части пограничного слоя Для этой цели применяют специальные ламиниризированные профили, а также увеличивают гладкость поверхности крыла и ряд других мероприятий.

Отрыв пограничного слоя. При обтекании тела с криволинейной поверхностью давление и скорости в разных точках поверхности будут неодинаковыми (рис. 2.4).При движении потока от точки А к точке Б происходит диффузорное расширение потока.

А Б

Рис. 2.4 Течение в пограничном слое вблизи точки отрыва

Поэтому давление растет а скорость уменьшается, так как у самой поверхности тела скорости частиц очень малы, под влиянием разности давлений между точками А и В на этом участке происходит движение газа в обратном направлении. При этом внешний поток продолжает двигаться вперед.

Из-за обратного течения газа внешний поток оттесняется от поверхности тела. Пограничный слой набухает и отрывается от поверхности тела. Точка на поверхности тела, в которой происходит отрыв пограничного слоя, называется точкой отрыва .

Отрыв пограничного слоя приводит к образованию вихрей за телом. Положение точки отрыва зависит от характера течения в пограничном слое. При турбулентном течении место отрыва потока лежит значительно дальше по потоку, чем при ламинарном. Вихревая область за телом в этом случае значительно меньше. Это парадоксальное явление объясняется тем, что при турбулентном движении происходит более интенсивное поперечное перемешивание частиц.

Отрыв пограничного слоя наблюдается при обтекании криволинейных поверхностей, например профиля крыла на больших углах атаки. Явление это очень опасно, т.к. приводит к резкому уменьшению подъемной силы, значительному возрастанию сопротивления движению потока, потере устойчивости и управляемости самолета, вибрациям.

Явление срыва потока зависит от формы и состояния поверхности тела, характера течения воздуха в пограничном слое. Тела, имеющие вытянутую форму с плавными очертаниями (удобообтекаемые), не подвержены срыву потока в отличие от неудобообтекаемых тел.

Срыв потока может возникнуть в результате нарушения правил эксплуатации самолета: выхода на критические углы атаки, нарушения центровки. При небрежном техническом обслуживании из-за неплотного прилегания крышек лючков, неполного закрытия створок и других причин возникают местные срывы потока. Возникают опасные вибрации частей самолета.

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

Конструкция насадка
Цилиндрический
Щелевидный
Квадратный

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

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

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

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

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

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

Таблица 3.2