
- •Феоктистов а.Ю. Аэродинамика вентиляции. Механика аэрозолей
- •Содержание
- •Часть 1. Аэродинамика вентиляции
- •Часть 2. Механика аэрозолей
- •1. Теоретические основы аэродинамики
- •1.1. Основные гипотезы механики сплошной среды
- •1.2. Термины механики сплошной среды
- •1.3. Уравнение неразрывности
- •1.4. Безвихревое и вихревое движение
- •1.5. Силы и моменты в механике сплошной среды
- •1.6. Уравнение движения сплошной среды
- •1.7. Виды сплошной среды
- •1.8. Свойства воздушной среды
- •2. Приближенные методы описания движения воздушных потоков
- •2.1. Воздушные потоки вблизи всасывающих отверстий
- •Точечный сток.
- •Линейный сток
- •Сток воздуха к прямоугольным отверстиям
- •2.2. Приточные вентиляционные струи
- •Компактные струи
- •2.3. Тепловые потоки Тепловые струи
- •Конвективные потоки, возникающие над тепловыми источниками компактной формы.
- •Конвективные потоки возле нагретых вертикальных поверхностей.
- •2.4. Воздушные фонтаны
- •Компактные воздушные фонтаны, истекающие под углом к горизонту
- •3. Воздуховоды равномерной раздачи и всасывания
- •3.1. Физические основы равномерной раздачи и всасывания воздуха воздуховодами
- •3.2. Воздухораспределители постоянного сечения с продольной щелью переменной ширины
- •3.3. Воздухораспределители клиновидной формы с продольной щелью переменной ширины
- •3.4. Воздухораспределители постоянного сечения с отверстиями переменной площади
- •3.5. Клиновидные воздухораспределители с отверстиями переменной площади
- •3.6. Вытяжной воздуховод с продольной щелью переменной ширины
- •3.7. Вытяжной воздуховод с отверстиями различной площади
- •Примеры выполнения упражнений
- •Пример 3.
- •Упражнения
- •Вопросы для повторения
- •Часть 2. Механика аэрозолей
- •1. Физико-механические свойства дисперсной фазы аэрозоля
- •1.1. Свойства твердой фазы (частиц) аэрозоля
- •1.2. Закономерности распределения частиц промышленных аэрозолей по размерам
- •1.3. Коагуляция частиц аэрозолей
- •2. Упорядоченное движение частиц грубодисперсных аэрозолей (метод траекторий)
- •3. Балансовый расчет общеобменной вентиляции
- •4. Исследование дисперсной фазы аэрозоля в приближении сплошной среды
- •Примеры выполнения упражнений
- •Упражнения
- •Вопросы для повторения
- •Список литературы
- •Феоктистов а.Ю. Аэродинамика вентиляции. Механика аэрозолей
- •290700 – Теплогазоснабжение и вентиляция
- •308012, Г. Белгород, ул. Костюкова 46.
3. Балансовый расчет общеобменной вентиляции
При произвольном расположении приточных и вытяжных проемов целесообразно ограничиться однозонной балансовой моделью.
Рассмотрим помещение, в котором все технологическое оборудование аспирируется с эффективностью а <1.
Это означает, что интенсивность поступления пыли в помещение равна
(3.1)
где G0 – интенсивность технологического пылевыделения, мг/с. Предположим, что в помещении также установлена система вакуумной пылеуборки поверхностей, эффективность которой равна пу . Тогда интенсивность поверхностного пыления можно выразить так:
, (3.2)
где S – площадь поверхности осаждения пыли, gs – плотность интенсивности поверхностного пыления, мг/м2с. Взвешенная в воздухе пыль осаждается с интенсивностью
(3.3)
где C – средняя концентрация пыли в помещении, мг/м3; Vs – средняя скорость осаждения взвешенной пыли, м/с.
Предположим, что воздух в помещение может поступать естественным и механическим способом, а удаляться – естественным образом и с помощью аспирации. Соответствующие объемные расходы обозначим LП, LМ, LВ и Lа, м3/с.
Влиянием вакуумной пылеуборки на воздухообмен помещения будем пренебрегать. Тогда уравнения баланса массы пыли и вентиляционного воздуха можно записать в виде:
(3.4)
(3.5)
где
,
,
,
- массовые расходы воздуха, Н,
М,
- плотности наружного, подаваемого
механическим способом и находящегося
в помещении воздуха.
Из уравнения (3.4) следует выражение для средней концентрации пыли в помещении:
(3.6)
Входящие в формулу (3.6) параметры G и S определяются экспериментально, величина Vs находится расчетным путем. Рассмотрим сначала определение величины естественного воздухообмена помещения, т.е. параметров Lп и Lв и связанных с ними величин Gп и Gв.
Естественное движение воздуха в помещении (аэрационный воздухообмен) происходит под действием разности давлений снаружи и внутри помещения, обусловленной разностью температур, а значит и плотностей наружного и внутреннего воздуха:
(3.7)
g = 9.81 м/с2 – ускорение силы тяжести; Ha – разность уровней верхних (вытяжных) и нижних (приточных) проемов; н , - плотности наружного и внутреннего воздуха; Pp – располагаемое давление. Если специальных аэрационных проемов в помещении нет, то в качестве Ha в первом приближении можно взять высоту помещения H.
При нормальном атмосферном давлении (P = 101325 Па) зависимость плотности воздуха от его температуры t выражается формулой
(3.8)
Массовые расходы воздуха через приточные Gп и вытяжные Gв проемы выражается с помощью формул:
(3.9)
(3.10)
где Fп, Fв – площади приточных и вытяжных проемов; п = 0.65 и в = 0.45 – коэффициенты расходов приточных и вытяжных проемов соответственно; P0 – избыточное статическое давление в помещении.
Помещение представляет собой открытую (проточную) термодинамическую систему, поэтому передаваемое воздуху количество теплоты Q расходуется не только на изменение его внутренней энергии U , но и на его расширение:
где G – массовый расход воздуха, T – изменение его абсолютной температуры, R = 8314 Дж/кмольК – универсальная газовая постоянная, M = 29 кг/кмоль, молярная масса воздуха, Cp = 1005 Дж/кгК – удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении.
Система уравнений, описывающая воздухообмен производственного помещения, включает в себя уравнения (3.9 и 3.10) для естественного притока и вытяжки, уравнение баланса массы вентиляционного воздуха (3.5), а также уравнение теплового баланса:
(3.11)
где Tн, Tм, T – абсолютные температуры: наружная, в помещении и воздуха, подаваемого в помещение механическим путем, Q – теплоизбытки производственного помещения, т.е. разность между количеством теплоты, выделяемым в помещении и теряемым через ограждающие конструкции и пол.
Подставив уравнение сохранения массы воздуха (3.5) в уравнение теплового баланса (3.11), после преобразований найдем выражение для производительности механического притока:
(3.12)
Вычитая соотношение (3.9) из (3.10) с помощью уравнения (3.5) получим:
(3.13)
Возводя обе части уравнения (3.9) в квадрат, найдем выражение для избыточного статического давления P0:
(3.14)
Подставив в уравнение (3.13) выражения (3.12) и (3.14), получим уравнение для определения Gп:
(3.15)
Заметим, что Tм - Tн = tм - tн , Tм - T = tм – t.
Уравнение (3.15) после преобразований приводится к виду
(3.16)
где
(3.17)
(3.18)
(3.19)
Решение уравнения (3.16) имеет вид:
(3.20)
Зная производительность естественного притока Gп, по формуле (3.14) определяем избыточное давление P0, а затем по формуле (3.12) находим производительность механического притока Gм. Расчет воздухообмена производственного помещения должен вестись отдельно для холодного и теплого периодов года.