ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
РАСЧЕТНАЯ СХЕМА И КЛАССИФИКАЦИЯ СТРУЙВ специальных сооружениях строительных комплексов, промышленных зданиях нашли широкое применение системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Эффективное функционирование их зависит от способов подачи воздуха потребителям. Как правило, такая подача осуществляется с использованием струй. Целесообразно поэтому выявить основные закономерности течения струй и получить необходимые расчетные выражения. Воздушные струи представляют собой перемещающиеся в сплошной среде потоки воздуха (газа), имеющие конечные размеры. Рассмотрим воздушную струю, вытекающую через отверстие (рис. 9.1). По своей форме струя напоминает факел. На границах его с неподвижной воздушной средой развивается множество вихрей. При этом массы неподвижного воздуха вовлекаются в движение, следствием чего будет увеличение расхода в струе при удалении от отверстия. Скорости в струе при этом уменьшаются. Необходимо отметить, что границы струи являются как бы размытыми, так как значения скоростей движения у границ небольшие. На практике границами поперечных сечений струи считают точки, в которых местные скорости составляют около 1 % от значений осевой скорости движения газа. Граничные контуры струи представляют собой кривые линии незначительной кривизны. Для продольного сечения струи криволинейный граничный контур можно аппроксимировать ломаными линиями АСЕ и BDF. Рис. 9.1
Пусть из отверстия радиусом r0 вытекает свободная осесим-метричная воздушная струя. В струе выделяют три характерных участка: начальный — 1, переходный — 2, основной — 3. Осью струи является ось абсцисс х. Границы начального и переходного участков обозначены прямыми АС и BD. Соответственно границами основного участка будут линии СЕ и DF. Точка М пересеченияэтих линий находится на оси х и называется полюсом струи, абсцисса которого X0. Допустим, из отверстия струя вытекает с постоянной скоростью v0. В начальном участке выделяются две характерные зоны: первая — ядро постоянных скоростей и вторая — пограничный слой. Ядро имеет эпюру скоростей в поперечном сечении в виде прямоугольника со значениями скоростей v 0. Площадь поперечного сечения ядра постоянных скоростей по длине струи уменьшается. Ядро как бы «выклинивается». Сечение, где исчезает ядро постоянных скоростей, является конечным для на чального участка и имеет абсциссу хH. В пределах пограничного слоя скорости течения изменяются от v0 до нуля. На рис. 9.1 приведена эпюра скоростей для произвольного сечения с координатой X1 начального участка. На эпюре видны особенности распределения скоростей, характерные для обеих зон. Переходный участок ограничен теми же линиями АС и BD, что и начальный участок, но лежит между сечениями с абсциссами хH и хП. Этот участок состоит только из пограничного слоя. В переходном участке формируются поля скоростей, характерные для основного участка. Эпюра скоростей для произвольного сечения с абсциссой х2 переходного участка приведена на рис. 9.1. В практике обычно длиной переходного участка пренебрегают, заменяя участок одним переходным сечением. При этом сечения с абсциссами хH и хП совмещают и ограничиваются использованием только абсциссы хП. Основной участок струи расположен в границах СЕ и DF. Он также состоит только из пограничного слоя. Характерная эпюра скоростей для произвольного поперечного сечения с абсциссой х3 представлена на рис. 9.1. Скорости изменяются от максимальной wx на оси до нуля. Границы основного участка наклонены к оси струи под углом 0. Для вентиляционных струй тангенс этого угла tan θ = 0,22. Ранее было отмечено, что, продолжая граничные линии основного участка до осевой линии, можно получить точку пересечения М — полюс струи. Полюс может располагаться как за отверстием, так и до него. Место расположения определяется начальной скоростью течения в струе. Классифицируют струи по различным характеризующим признакам. По особенностям геометрии пространственных форм струи подразделяются на круглые, плоские, кольцевые и веерные. Круглые струи формируются при истечении через отверстия, вертикальный и горизонтальный размеры которых имеют один порядок. Плоские струи вытекают через отверстия, у которых горизонтальный и вертикальный размеры отличаются друг от друга на порядок и более (истечение через длинные щелевидные отверстия). Применяются также кольцевые и веерные струи [26]. В системах вентиляции встречаются все перечисленные выше струи, однако чаще применяются круглые струи, поэтому в дальнейшем ограничимся рассмотрением только их. В зависимости от режима движения газа в струе различают ламинарные и турбулентные струи. Вентиляционные струи всегда бывают турбулентными. Существуют свободные и несвободные струи. Если струя распространяется в среде без помех от стен, колонн и т. д. на всей своей длине, она называется свободной. Свободные струи являются обычно осесимметричными. Контакт струи с какими-либо поверхностями приводит к искажениям геометрических форм ее. Струя в этом случае будет несвободной. Выделяются затопленные и незатопленные струи. Если вещество струи и среды, куда происходит истечение, одно и то же, то струя является затопленной. Для незатопленных струй вещество струи и среды различно. Вентиляционные струи считаются затопленными. Различают непрерывные и импульсные струи в зависимости от особенностей течения в струях во времени. Непрерывные струи представляют собой установившиеся во времени потоки, параметры их стабильны. В импульсных струях поступление воздуха происходит отдельными порциями. В зависимости от соотношения скорости звука в газе при данной температуре и скорости течения газа в струе различают дозвуковые и сверхзвуковые струи. Вентиляционные струи являются дозвуковыми. Газ в них перемещается со скоростью, много меньшей скорости звука. Воздух, как и любой газ, сжимаем. Плотность его может значительно изменяться в зависимости от давления. Если вдоль оси струи значения плотности заметно отличаются в различных сечениях, то имеет место струя со сжимаемой средой. Если плотность по длине струи практически постоянная, то имеется струя с несжимаемой средой. Температура воздуха, вытекающего через отверстие, может отличаться от температуры окружающей среды. Смешение воздуха среды с имеющимся в струе приводит к изменению температур по длине струи. Следствием такого изменения температур будет переменная по длине струи плотность воздуха. Струя с переменной по длине температурой носит название неизотермической струи. Если температуры воздуха в струе и среде, куда происходит истечение, одинаковы, то имеет место изотермическая струя. К настоящему времени теория затопленных струй достаточно полно разработана рядом отечественных и зарубежных ученых. Основополагающие результаты получены в работах советских ученых Г. Н. Абрамовича, В. Н. Талиева, М. И. Гримитлина и др. Среди зарубежных исследователей необходимо отметить Л. Прандтля, Г. Шлихтинга, В. Толлмина, Т. Трюпеля и др. В настоящей главе по известным из литературы [2, 26, 59 и др.] результатам изложены основы теории воздушных турбулентных струй. На основе теории струй разрабатываются конструкции различных воздухораспределяющих устройств, проектируются системы вентиляции. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|