Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Книги / Каменев П.Н. Вентиляция1

.pdf
Скачиваний:
530
Добавлен:
28.01.2019
Размер:
40.02 Mб
Скачать

Коэффициент сопротивления

трению

по формуле А.Д. Альтшуля:

=

68

0,1

\0

,

25

 

 

 

 

 

0,11

110000

800

 

 

 

 

 

 

 

• татов

Ширина расчетов

щели определяется

в таблицу

по

формуле

(4.90

)

с

занесением

резуль-

X

,

М

 

5,

 

0 0,8

0,5

0,712

1 0,559

1,5

0,436

2 0,35

2,5

0,289

3 0,246

3,5

0,213

4 0,188

4,5

0,167

5 0,151

Максимальная

скорость в

,= 10000/

щели (3600

5

0,

151)

=

3

,

7

м

.

Полное

давление (

=

(1,5

р„

разрежение) в

-3,72-1,2)/2- (

сечении х =

4,342

-1,2

)

/2

 

 

 

1; =

0,9

Па.

Электронная

библиотека

141 Нббр://:1 дV.кЬзби.ги

Глава 5

ПРИТОЧНЫЕ СТРУИ

§26. Классификация приточных струй

Струей называется поток воздуха с конечными поперечными

размерами.

Свободными называют струи, на развитие которых не оказыва-

ют влияние ограждающие конструкции помещения. Стесненными -

струи, взаимодействующие с ограждениями и друг с другом. Струя,

истекающая из отверстия, расположенного вблизи плоской поверх-

ности (например, потолка) в направлении к ней или параллельно, будет налипать и двигаться вдоль поверхности. Такие струи назы-

вают настилающимися.

При определенных условиях влияние ограждений на развитие струй можно не учитывать и рассчитывать струи, развивающиеся в

помещении, как свободные.

Наряду с приточными существуют конвективные струи, фор-

мирующиеся над нагретыми поверхностями. Скоростные поля, фор- мирующиеся вблизи вытяжных отверстий, получили название спек-

тры всасывания.

Систематическое изучение струй началось около 80-ти лет на-

зад и продолжается до настоящего времени. Столь большой инте-

рес к струям объясняется применимостью их в различных областях

техники. Современные способы расчета приточных струй основа-

ны на трудах Абрамовича Г.Н., Гримитлина М.И., Талиева В.Н., Шепелева И.А., Сазонова Э.В. и др.

Поскольку человечество живет на дне воздушного океана, все

вентиляционные воздушные приточные струи являются затоплен-

ными.

Различают струи изотермические и неизотермические. Струя

называется изотермической, если температура воздуха в ее объеме

одинакова и равна температуре окружающего воздуха. Температуря

воздуха в неизотермической струе отличается от температуры окрУ'

жающего воздуха. Помещения вентилируются исключительно не-

изотермическими струями. Для неизотермических струй характерно

воздействие на их формирование и развитие гравитационных сил-

142

Электронная библиотека ТТТр://:1 дV.кЬ.зТи.ги

^изотермические струи классифицируют на слабонеизотермиче- сКЬ1е струи и неизотермические или воздушные фонтаны. В случае

слабонеизотермических струй искривлением траектории струи при

горизонтальном ее распространении можно пренебречь, струи воз-

душных фонтанов заметно искривляются и могут всплыть под пото-

мок помещения.

форма поперечного сечения струи определяется формой отвер-

стия, из которого истекает струя. По форме поперечного сечения

различают струи компактные, плоские и кольцевые (рис. 5.1).

в)

1

\

^0

©

 

/ \

Рис. 5.1. Схемы струй различной формы

а" компактная осесимметричная, 6 - коническая, в - плоская; г - кольцевая или

полая коническая, д - полная веерная

143

Электронная библиотека Нббр:/ / Удм .кЬз'Ьи.ги

 

 

Компактные

 

 

 

 

 

при истечении воздуха из

круг.

 

 

 

 

струи образуются

лых, квадратных и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кото

 

 

 

 

прямоугольных

отверстий, размеры сторон

рых

не

сильно

отличаются друг от

друга.

Компактные струи

явля

-

-

ются прямоточными

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сече

нии

 

 

 

, так как

векторы скоростей в поперечном

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

на

выходе

из отверстия

параллельны.

 

компакт

 

ных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Особенностью

 

 

 

 

 

струй является

их осесимметричность, заключающаяся

в

том,

что

на некотором удалении от

приточного

отверстия они

становятся

круглыми. Струя, истекающая

из круглого

 

отверстия (круглая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

струя

 

осесимметрична на

всем

протяжении

своего развития.

Струи

)

из

квадратных и прямоугольных

 

 

 

отверстий преобразуются

в

круглые

на

некотором

расстоянии

от

 

места

истечения. Компактные

струи

 

 

имеют

 

 

сравнительно

небольшой угол естественного турбулентного

 

 

 

расширения

.

 

Веерные струи и их разновидности - полые конические и

 

 

 

 

непол

ные

веерные струи - имеют искусственно

 

-

увеличенный угол расши

 

 

рения. Веерные струи образуются

в случае набегания

-

воздушного

потока на правлению

плоскость

конечных

движения

потока.

размеров,

перпендикулярную

на-

Если

струя

истекает

из

кольцевой

щели

параллельно

оси

подво-

дящего воздух

канала (Р

< 180°), то

ее называют кольцевой,

при (3

около

-

полой

 

 

р

 

 

 

 

135°

конической, при

°

- полной веерной.

У пол-

ных

веерных струй угол

 

 

= 90

распространения

воздуха в пространство

составляет

360

°;

при

меньшем

угле

распространения

струя

будет

неполной

веерной.

Векторы

скорости

на

истечении

в

этих

струях

рас-

ходятся под

некоторым

углом друг к другу.

По предложению

И.А. Шепелева такие струи называют рассеянными. Струи, которым

при помощи

установленного

 

 

 

 

на выходе закручивающего

придается

вращательное

движение, называются

устройства

закрученными. В

таких

струях

наряду

с

осевой

и

радиальной

имеется

тангенциальная

составляющая

 

диффузором

скорости. При истечении воздуха

для

принудительного расширения

из круглой трубы

с

воздушного

потока

также

 

 

образуется круглая (осесимметричная) струя.

ственно расширенная струя

называется

конической,

сти у них непараллельны.

 

 

Но такая векторы

искус-

скоро-

Плоские струи образуются

при истечении воздуха из щелевых

отверстий

бесконечной длины.

В реальных условиях плоской

счи-

тают струю,

истекающую из длинного щелевидного

 

-

 

 

отверстия

с со

отношением длины /

0

к

из щели, при меньшем

ширине 2Ъ

:

/

0

 

 

соотношении

0

/2Ь

>

0

 

длины

20. Струя,

и ширины

истекают^

не остается

144

Электронная

библиотека

ВЕЕр://

Ед

V.

кВзЕи.ги

плоской

,

а

постепенно трансформируется сначала

в эллипсовидную

 

 

 

 

 

 

=

 

 

о

 

 

 

усл

 

 

 

 

расстоянии

х

1СЦ

в круглую (за

принимают корень квад-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с1

 

на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

площади

щели).

 

 

 

 

 

 

 

ратный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

из

 

 

 

от

формы приточного

отверстия

при отсутствии

 

Независимо

 

 

 

 

 

 

 

расширения

у всех видов струй на не-

устройств

принудительного

котором

 

расстоянии

от

приточного

отверстия

угол

бокового

расширения

составляет а ~ 12

 

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

°

 

 

 

 

 

 

Угол

расширения

конической струи при истечении почти совпа-

дает

углом расширения

направляющих

диффузора, а затем посте-

 

с

уменьшается

и

 

 

расстоянии 10с

 

становится равным углу

пенно

на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

естественного

 

 

 

 

расширения а ~ 12°252

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бокового

 

 

§

27

.

Свободные

изотермические

и

слабо

неизотермические

струи

Изучение

струй

проводилось

экспериментально

путем

измере-

ния полей различные

скоростей способы

в объеме струи. Исследователями применялись обработки полученных данных, что и отрази-

лось на

расчетных

авторов.

формулах,

которые

можно

встретить

у

различных

Упрощенная схема лентной изотермической

продольного разреза свободной, турбу-

струи представлена на рисунке 5.2. Воз-

дух

,

вытекая

из

канала

круглого

или

щелевого

сечения

,

образует

струю с границами АВС и ОЕЕ. При этом

плоскости приточного отверстия поперечное

по мере сечение

удаления

от

 

-

струи возрас

тает.

Причину тому усматривают

ния

 

воздушного потока.

в

турбулентном

характере

тече-

У

о-

Рис

5.2.

Схема

турбулентной

струи

145

Электронная

библиотека

Ъббр://:^д

V.кЬз'Ьи

.ги

 

В турбулентной

 

,

и во всяком

турбулентном

течении

вихревые

 

 

 

струе как

 

 

 

 

 

воздушные массы перемещаются не только вдоль оси

 

-

 

 

 

течения, но

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ис

 

и в поперечном направлении,

вовлекая

в

движение

(

эжектируя)

окружающий воздух, отдают ему свою

кинетическую

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

энергию и тормозятся

сами. Вихревые

массы, потерявшие часть

ки

-

нетической

энергии, перемещаются

 

направлении оси

 

 

 

 

 

-

в

струи,

сме

 

шиваются

с

воздухом

центральной

части, в

результате

 

чего

масса

струи растет,

площадь

поперечного

сечения

увеличивается, а

 

сред

 

няя скорость

в струе

уменьшается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

части

 

Эжектируемый

воздух не сразу достигает центральной

струи. На

расстоянии

меньшем

(5-6)

^

смешавшиеся

 

 

 

с

окружаю

 

щим воздухом вихревые массы

не достигают оси струи

и

на

 

 

-

 

этом

протяжении

сохраняется

так

называемое

«

ядро»

-

невозмущенная

масса

воздуха

,

истекшая

из

отверстия

и

сохраняющая

начальные

поля скоростей и температур. Заканчивается «ядро» получившем название переходного. До сечения ВЕ

в сечении ВЕ,

участок струи

называется

начальным,

после

переходного

основным

.

Этому

сечению

соответствует

излом

границ

струи

АВС

и

ОЕЕ

,

позволяющий

представить

их

в

виде

отрезков

,

соответственно

АВ

+

ВС

и

ОЕ

+

ЕЕ

.

Излом

обусловлен

изменением

угла

расширения

струи

.

После

сечения

ВЕ

боковой

угол

расширения

становится

рав-

ным

12

°

25',

угол

расширения

начального

участка

струи

составляет

:

для

компактных

~

7°,

для

плоских

~

8°.

Некоторые

расчетные

формулы

приточных

струй

основаны

на

геометрических построениях и представлениях о том, что

текает как бы из точки. Если продлить прямые ВС и ЕЕ до ния с осью, получим точку М (см. рис. 5.2), называемую

струя ис-

пересечеполюсом

струи,

и

который

размещается

в

глубине

приточного

воздуховода

или

канала

на

расстоянии

х0.

Очевидно,

что

радиус

струи

в

произ-

вольном сечении

х основного участка

составит

21 (

12

°

25

/

)(

х

 

 

 

§

 

 

Последние исследования струйных течений показали, что без

+ Хо

)

-

 

суще-

ственного

уменьшения

точности

,

возможно,

разместить

полюс

струи

и

в

плоскости

приточного

отверстия

.

Граница

струи

определяется

границей

перехода

от

скорости

в

струе

до

подвижности

воздушных

масс

в

окружающем

воздухе

.

Эта

граница сравнительно просто может быть определена на небольших

расстояниях от приточного

отверстия. По мере удаления от плоско

-

сти приточного отверстия и в связи с затуханием струи эту границу

становится

определить

все

сложнее

и

сложнее

.

Условно

границей

146

Электронная

библиотека

ЪГГр://

Ьд

V.кКзЕи.ги

стрУи

 

считается

изотаха

(линия

равных скоростей), соответствую-

 

 

 

 

 

 

0,3 м/с.

Уровень подвижности

воздушной

массы

по

 

 

 

 

 

 

 

 

щая

скорости

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

что и

затрудняет

опре

-

мещения

также

соответствует этому уровню,

деление

 

 

границы струи. В качестве расчетной

границы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

физической

 

 

,

соответствующую

половине осевой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

струн

 

часто

принимают изотаху

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тось

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

скоро

 

 

 

струй

исходным положением для

выявле-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

теории

свободных

ния

 

 

 

 

 

их

развития является

равенство статических

закономерностей

 

 

 

 

струе и окружающем воздухе. Из этого

положения

сле-

давлений

в

 

 

импульс внешних сил

будет равен

0, а количество движе-

дует

 

что

 

,

 

 

 

 

 

 

массы

воздуха не меняется по

длине

струи и

теорети

ния

секундной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чески

 

струя

распространяется бесконечно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уо

=

Л

=

СОП

51.

(5.1

)

 

 

 

 

струя

 

, то

на

основе

закона сохранения

Если

неизотермическая

 

избыточной теплоты (

 

в

 

 

 

можно

,

что количество

)

 

 

 

 

 

 

 

х

 

энергии

считать

 

изменяется,

остается постоян-

любом

поперечном сечении струи не

равно

 

 

 

теплоты

20

поступающему

с

 

и

 

 

 

ным

 

 

 

 

начальному

количеству

<

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

воздухом

из

приточного

отверстия

.

йх

=

<2о

=

СОП

51.

(5.2)

Аналитические

исследования струй относятся, по

большей части,

к основному участку струи. Но применительно к компактным и пло-

ским струям важно иметь расчетные

закономерности

для обоих уча-

 

стков: начального и основного.

Начальным

участком,

случаях, производится воздушное душирование

рабочих

в некоторых

мест, основ-

ной

участок

востребован

не

только

воздушным

душированием,

но

используется

для

подачи

притока

в

рабочую

зону

.

Распределение

скоростей и температур в поперечном

сечении

, за-

 

 

 

 

 

 

 

основного участка струи описывается, согласно И.А. Шепелеву

 

висимостями:

 

 

 

в

произвольной точке с координатами (хруО

и

а

) скорость

ух

 

1

 

\

 

 

 

 

осевой скоростью

У

 

 

хЬ соответствующей координате Х\

 

 

C>AL

 

 

 

 

 

 

 

^

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"^

х

1

,

у\

^

ось

,х

1

-0,

5

У\

сх1

(

5

-

3)

б

избыточная

)

динатами

 

(хрдд) и

температура осевой избыточной

в

произвольной точке с коор-

температурой

Дг

соответ-

ось,:сЬ

 

 

 

 

Ствующей

координате

х\

:

Электронная

библиотека

147 ЪЕЕр://ЕдV.кЬзЕи.ги

^

х\

,

у\

=

А

/ось

,

х\

ехР

-0,

4

У\ схх

\

2

|

(

5.4

)

где

экспериментальная

с -

равно 0,082.

постоянная

,

вероятное

значение

которой

Расчет

скорости

в

произвольной

точке

струи

с

координатами

(хьуО

проводится

в

два

этапа:

сначала

вычисляется

осевая

скорость

в

точке

хи

затем

по

величине

осевой

скорости

в

точке

Х

\

вычисляется

локальная скорость в

Осевая скорость

хг

1

).

точке с координатами (

,у

в произвольном сечении х

на

 

\

 

 

основном

участке

компактной

струи

может

быть

VОСЪ ,Х\

определена

тт

л

0

 

Х

 

\

как

:

(

5.5

)

Применительно

к

конкретным

воздухораспределителям

коэффи

-

циент

затухания

осевой

скорости

т

определятся

экспериментально

.

Для

изотермических струй,

истекающих

из

ных

воздухораспределителей, т

=

6,88.

 

 

 

 

 

 

 

Осевая

избыточная температура

 

для

пактной

струи может быть определена

как:

 

 

 

 

 

 

лА

ол/

"

 

 

 

{

 

 

 

 

До

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

А

ось,х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

Х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

 

хорошо спрофилирован-

основного участка ком-

(5.6)

При

условии

равномерного

истечения

и

при

небольшой

величи

-

не

^

(Аг

< 15°С)

п

=

6,2

 

Д

0

 

 

 

 

о

 

 

 

воздухораспределителей

. В других случаях, для конкретных типов

коэффициент определяется

эксперимен-

тально.

Нижним

пределом

применимости

выражения

(

5.3

)

служит

рас-

стояние

,

равное

длине

кинематического

начального

участка

струи:

*-

у

,

тт

^

(5.7

)

а для выражения

струи:

(

5.4

)

-

длина

Ш1

термического П пЛ 0 .

начального

участка

 

 

 

(5.8

)

 

 

Кинематические

и термические

струи не совпадают.

Различны длины

параметры начальных

неизотермической участков, не совпа-

148

Электронная

библиотека

Кббр://:1 дV.

кЬзби

.ги

дают

поля

избыточной

температуры и

 

 

 

отНосительной

скорости

в поперечном

сечении

 

 

 

 

 

 

 

струи (рис. 5.3).

 

 

 

Дальнобойность

кинематическая

и

тепловая

определяется

путем

подста

новки

 

 

-

в уравнения (5.5)

и (5.6)

приемле-

 

минимальных

 

 

 

-

мЫх

 

 

значений осевой ско

 

и избыточной температуры:

 

рости

 

 

 

 

 

 

 

У,Ш1П

^

 

 

 

 

 

 

тш

 

 

 

 

пА

 

у[Л

^

 

{

0

 

 

$

 

 

 

 

,тт

 

'

 

 

/

 

 

 

 

 

Д

тт

 

 

 

 

 

 

Значения

скорости

у

 

 

 

 

 

 

 

и

(5.9)

(5.10) избыточной

температуры А

 

в

произвольной

точке

{

 

 

 

уравне-

струи, полученные

обобщением

; 5.4; 5.5

и 5.6, имеют

вид:

 

 

ний 5.3

 

 

 

 

 

 

 

/

 

 

о,з

/

 

 

I

 

 

 

1 -у/

х

 

Рис.

5.3.

Профили относи-

тельной скорости ( 7) и

из-

быточной

температуры

(2)

в поперечном сечении струи

у

=

у/

X

Л

ехр

-0,

5

71 схх

N

21

(

5.11)

А(

=

»

А

0

 

 

^

 

 

/

о

/

 

 

 

 

"

 

л

 

 

 

X

 

 

 

 

ехр

-0,

4

71 схх

N

21

(

5.12)

 

Подстановкой требуемой

(

линий равных скоростей):

 

скорости

у *

получим

уравнение

изотах

 

 

 

 

 

 

оТЛ

гу

=

схА2

\п

т у

 

 

 

 

 

 

 

 

г,

= схх12

 

 

гсА/олД

 

 

,51п

)

 

 

А1

 

 

 

 

 

 

Х

(5.13)

(5.14)

Зависимости (5.13) и (5.14

)

данных

минимально

ощутимых

 

определяют значений

границы струи

для

за

 

-

граничных

скорости

и

Избыточных температур

 

Расстояние х

.

струя

где

гпах?

 

 

Ние

 

 

, определяется выражением:

имеет

наибольшее

поперечное

сече-

149

Электронная

библиотека

ЪЪ

'Ьр://:1 д

V.кЬзЪи.ги

^

тах

 

~~

1 г~

т0 V

У\[

Г~

_ ~

0,61туол/4

Vпип

(5.15

)

Радиус

струи Гщах на

расстоянии Хщах равен:

л

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

л

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,05

ту

 

 

 

'тах

 

 

 

ё

 

 

 

 

 

 

 

——

 

 

Г

 

- -

'

 

 

 

1

|

" ’

 

,

Щ

|

 

 

|

|

 

 

 

 

 

у[

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1ШП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПИП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

5.16)

Важной

характеристикой,

применяемой, в частности,

в

норма

 

 

 

тивных

документах, является размер

зоны прямого действия

 

 

-

струи

К. Зона

прямого

действия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

струи -

площадь

поперечного

 

сечения

 

 

 

 

струи, на границе

которой

скорость струи

 

 

 

 

равна

половине от

мак

-

симальной

осевой

скорости

в

данном поперечном сечении.

 

Ниже

приводятся

 

 

 

 

 

 

 

 

струй

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

значения этой характеристики

для

различного вида

 

компактных,

смыкающихся конических

и неполных

 

 

 

:

веерных

струй:

 

 

 

К

=

0,66х / т ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

веерных

и

несмыкающихся

струй

:

 

«

=

 

 

^

 

 

 

0,095-

-;

 

 

 

 

 

т

 

 

плоских струй:

 

 

 

 

Дт

 

 

 

Л

=

0,67

.

 

 

т

 

 

 

 

Секундный объем

 

 

 

 

 

 

воздуха,

проходящий

через

поперечное

 

 

 

 

 

 

 

сечение струи, определяется выражением

произвольное

или

которое стояния.

показывает

оо

Ьх =|CA1 о

Ьх

=

27гс

2

 

 

[

^

 

 

 

 

ту

Ху

 

А

,

 

 

 

 

0

 

 

 

расхода

линейное

возрастание

 

 

 

 

 

 

 

воздуха

(5.17

)

 

(5.18

от

)

-

 

рас

Средняя

по

площади

скорость

воздуха

может

быть

определена

как:

у

X

=

4 пг;2

Среднюю по

площади

поперечного

струи

избыточную

 

 

 

сечения

температуру можно

 

аналогично по величине начального

количества

определить

 

 

 

избыточной теплоты:

 

 

150

 

 

 

 

 

Электронная

библиотека

Ыбр

:

/

/

Ьдлг

.

кЬзби

.

ги