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.

Струя газа называется затопленной, если она распространяется в среде с теми же физическими свойствами, что и у нее самой. При изучении движения воздуха в системах вентиляции встречаются различные случаи распространения затопленных струй. Но при рассмотрении этих случаев в качестве исходной используется схема свободной струи. Свободная струя - это струя, распространяющаяся в безграничной среде. (Струя, не ограниченная твердыми стенками, называется свободной.) Струя при этом может истекать в неподвижную среду, а так же в поток воздуха.

В данном случае различают:

• · Струнную струю, струя, истекающая в поток, направление скорости которого совпадает с направлением струи.
• · Струю в сносящем потоке, если скорость потока направлена под углом к оси струи.
• · Струю во встречном потоке, когда векторы продольной скорости струи и скорости потока направлены навстречу друг другу.

По виду энергии, расходуемой на образование струи, различают:

• · Приточные (механические) струи, создаваемые вентилятором, компрессором, эжектором и т.п.
• · Конвективные струи, образующиеся вследствие нагревания или охлаждения воздуха вблизи горячих или холодных поверхностей различных тел.

Струи различают также по форме начального сечения:

• · Если сечение круглое, то струя называется осимметричной.
• · Если сечение имеет вид бесконечно длинной полосы постоянной высоты, то она называется плоскопараллельной или плоской.

Температуры струи и окружающей среды могут быть одинаковыми или различными.

В соответствии с этим различают струи изотермические и неизотермические. На рис. 3 показана воздушная струя, которая формируется в случае, когда воздух принудительно подается в помещение через отверстие в стене. В результате появляется свободная воздушная струя. Если температура воздуха в струе такая же, как и в помещении, она называется свободной изотермической струей.

По степени воздействия окружающего пространства на характер движения струи различают:

• · струи свободные;
• · полуограниченные или настильные, движущие вдоль ограничивающей пространство плоскости;
• · ограниченные (стесненные), вытекающие в пространство конечных размеров, соизмеримых с начальными размерами струи.

В зависимости от режима истечения струи могут быть:

• · ламинарными (течение, при котором жидкость или газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций);
• · турбулентными (форма течения жидкости или газа, при которой их элементы совершают неупорядоченные, неустановившиеся движения по сложным траекториям, что приводит к интенсивному перемешиванию между слоями движущихся жидкости или газа).

В системах вентиляции наблюдаются турбулентные струи. Еще одно определение: если в начальном сечении имеются вращательные составляющие скорости, то такая струя называется закрученной.

Подробнее. При турбулентном движении наряду с осевым движением существует и поперечное движение частиц. При этом частицы попадают за пределы струи и переносят в граничащие со струей массы неподвижного воздуха свое количество движения, увлекают (эжектируют) эти массы, придавая им определенную скорость.

На место ушедших из струи частиц в нее попадают частицы из окружающего воздуха, которые подтормаживают граничные слои струи. Следствием этого обмена импульсами между струей и неподвижным воздухом появляется возрастание массы струи и убывание скорости у ее границ.

Подторможенные частицы струи вместе с увлеченными частицами окружающего воздуха образуют турбулентный пограничный слой, толщина которого по мере удаления от выходного отверстия непрерывно возрастает. соприкасаясь с внешней стороны с неподвижной средой (5– = 0), а свнутреннй стороны - с ядром постоянной скорости (5– = 5– 0), пограничный слой приобретает переменный профиль скоростей. Рис. 4.

Ядро постоянной скорости по мере удаления от выходного отверстия и утолщения пограничного слоя сужается, пока полностью не исчезнет. После этого пограничный слой уже заполняет все сечение струи, включая и ось потока.

Поэтому дальнейшее размывание струи сопровождается возрастанием ее ширины и при этом падает скорость на оси.

Сечение струи, в котором завершается размыв ядра постоянной скорости и на оси которого обе половины пограничного слоя смыкаются, называется переходным сечением. Участок струи, расположенный между выходным отверстием и переходным сечением, в котором скорость на оси остается неизменной и равной начальной скорости?? 0 , называется начальным. Участок, следующий за переходным сечением, в котором скорость на оси постепенно уменьшается и затухает, называется основным. Границы струи, как внешняя, так и ядра постоянной скорости, прямолинейны. Точка О пересечения внешних границ струи называется полюсом струи.

Статическое давление в разных точках струи изменяется несущественно и приблизительно равно давлению окружающего пространства, т.е. свободную струю можно считать изобарической.

Основными параметрами турбулентной струи являются осевая скорость 5–, диаметр D для круглых сечений и ширина 5ѓ для плоских струй, расход воздуха 5¬ и средняя скорость 5c.

Из теоретических и экспериментальных исследований Генриха Наумовича Абрамовича следует, что основные параметры струи зависят от коэффициента турбулентности а, характеризующего интенсивность перемешивания и зависящего от конструкции насадка, из которого вытекает струя. (Генрих Наумович Абрамович (1911-1995) - советский учёный в области теоретической и прикладной газовой динамики).

Чем больше коэффициент турбулентности а , тем интенсивнее перемешивание и больше угол одностороннего расширения струи.

Таблица значений коэффициента турбулентности а и угла расширения струи 25к для некоторых типов насадков.

Основные законы, которым подчиняется движение турбулентных свободных струй, те же, что и для ограниченных потоков. Движение их описывается уравнениями (VI, 19), в них также действуют молекулярные и турбулентные напряжения, пульсационные скорости. Однако отсутствие твердых границ определяет и ряд их особенностей.
На рис. 44 представлена схема свободной струи.

Точка начала свободной струи носит название полюса струи. Практически, однако, начальное сечение струи всегда имеет некоторые размеры. В этом случае полюс струи определяется как точка пересечения внешних границ струи.
При выходе воздушного потока из начального сечения АВ (см. рис. 44) на его кромке происходит срыв струй, в результате чего образуется расширяющийся турбулентный пограничный слой А"АС В В". Между его внутренними границами АС и БС находится ядро постоянных скоростей, в пределах которого продольные скорости остаются постоянными (рис. 45) и равными средней скорости в начальном сечении.

Продольные скорости в свободной струе имеют максимальную величину на ее оси, убывая до нуля на внешней границе. Абсолютные величины скоростей уменьшаются также по мере удаления от начального сечения.
Весьма важным свойством свободных струй является постоянство давления во всем объеме струи и равенство его давлению воздуха вне струи.
Центральное ядро струи, через каждое поперечное сечение которого в единицу времени проходит одно и то же количество воздуха, равное таковому в начальном сечении, называется ядром постоянной массы.
Пространство между ядром постоянной массы и внешней границей струи занято присоединенными массами, которые увлекаются ядром постоянной массы и движутся в том же направлении, составляя неотъемлемую часть свободной струи. Объем присоединенных масс увеличивается в направлении движения. Присоединенные массы играют большую роль в массо-обмене между свободной струей и окружающей средой, поскольку они являются «посредником» обмена между чистым воздухом ядра и загрязненным воздухом, в котором распространяется свободная струя. Этот обмен происходит в результате наличия на внешней границе свободной струи поперечных пульсационных составляющих скорости.
Обширные исследования свободных струй в условиях горных выработок выполнил В. Н. Воронин. Дальнобойность свободной струи, по В. Н. Воронину, равна
(VI,39);
где S – площадь поперечного сечения выработки;
b – максимальное расстояние от стенки выработки, подающей воздух (или от вентиляционной трубы), до стенки выработки, к которой распространяется свободная струя;
а –коэффициент структуры струи, равный 0,06–0,08. Расход воздуха в произвольном сечении основного участка круглой струи, отстоящего на расстояние х от выходного отверстия радиусом R0, равен
(VI,40)
где (Q0 – расход воздуха в начальном сечении.
Наибольшая интенсивность турбулентных пульсаций на основном участке струи, определяемая по формуле (VI,34), наблюдается на расстоянии 0,2–0,5 радиуса струи. Интенсивность турбулентности растет вдоль струи, а частота пульсаций падает. В приосевой части струи наблюдаются наибольшие вихри. Характерным является постоянство пути перемешивания в сечении струи и пропорциональность его расстоянию от устья. Закручивание струи значительно увеличивает путь перемешивания и, следовательно, ее перемешивающую способность.
Свободные струи имеют большое значение в шахтной вентиляции: они действуют в камерообразных выработках, в призабойных пространствах тупиковых выработок, проветриваемых нагнетательными вентиляторами, в пространствах между крепежными рамами и т. п.

В 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 r 0 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. ТочкаМ пересеченияэтих линий находится на оси х и называется полюсом струи, абс­цисса которого X 0 .

Допустим, из отверстия струя вытекает с постоянной ско­ростью v 0 . 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 х H . В пределах пограничного слоя скорости течения изменяются от v 0 до нуля. На рис. 9.1 приведена эпюра скоростей для произвольного сечения с координатой X 1 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 х H и х П . Этот участок состоит только из пограничного слоя. В пере­ходном участке формируются поля скоростей, характерные для ос­новного участка. Эпюра скоростей для произвольного сечения с абсциссой х 2 переходного участка приведена на рис. 9.1. В практи­ке обычно длиной переходного участка пренебрегают, заменяя участок одним переходным сечением. При этом сечения с абсцис­сами х H и х П совмещают и ограничиваются использованием только абсциссы х П .

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 х 3 представлена на рис. 9.1. Скорости изменяются от максимальной w x 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 . 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 результатам изложены основы теории воздушных турбулентных струй. На основе теории струй разрабатываются конструкции раз­личных воздухораспределяющих устройств, проектируются систе­мы вентиляции.

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