Конвективная теплота, пари, гази, пил, що виділяються в приміщенні, поширюються рухом струменів. В результаті взаємодії струменів між собою, а також з будівельними конструкціями та обладнанням в приміщенні формуються поля температур, швидкостей і концентрацій шкідливих виділень [4, 5, 6].
Струмінь - спрямований потік з кінцевими поперечними розмірами.
Межі струменя визначаються тим, що швидкості повітря на них зменшуються до нуля. У приміщенні струменя закінчуються з вентиляційних отворів, з нещільності огороджень, устаткування, внаслідок руху механізмів і т. Д. Конвективні (теплові) струменя виникають у нагрітих поверхонь.
За класифікацією, прийнятою в аеродинаміці, повітряні струмені відносяться до затоплених, так як закінчуються в однорідну середу.
При закінченні струменя з отвору зі співвідношенням сторін менше 1: 3 струмінь перетворюється в елліпсовіднимі, а потім в округлу. При співвідношенні отвори більш ніж 1:10 струмінь розглядається як плоска. Вона може перетворитися в осесиметричних на великій відстані від місця утворення.
Розрізняють струменя вільні і невільні (стиснення), турбулентні і ламінарні, ізотермічні і неізотерміческімі.
Вільна струмінь не обмежена в своєму розвитку ніякими перешкодами, невільна ними обмежена. Настилали струмінь (напівобмеженого) розвивається уздовж поверхні огородження.
Припливні струмені розвиваються як вільні до тих пір, поки площа їх поперечного перерізу не досягне приблизно 25% площі поперечного перерізу приміщення. Після цього починає проявлятися скрутність струменя: більш швидке падіння швидкості, зменшення приросту площі поперечного перерізу і витрати повітря і т. Д. Коли струмінь займає приблизно 40% площі поперечного перерізу приміщення, відбувається її загасання.
Ламінарні і турбулентні потоки розрізняються режимом течії. У ламінарної струмені окремі цівки рухаються паралельно. В турбулентної струмені відбувається поперечне переміщення і перемішування повітря. У системах вентиляції та кондиціонування практично завжди струменя турбулентності.
Изотермическая струмінь - температура струменя дорівнює температурі навколишнього повітря. Ізотермічні вільні струмені мають прямолінійну траєкторію.
Якщо температура струменя відрізняється від температури навколишнього повітря, то такий струмінь називається неізотермічної. Так як щільність повітря в цій струмені відрізняється від щільності навколишнього повітря, під впливом гравітаційних сил траєкторія струменя буде викривлятися. Нагріта струмінь згинається вгору, більш холодна - вниз.
Серед неізотермічних струменів можна виділити слабонеізотермі-етичні, в яких дією гравітаційних струменів можна знехтувати. Це має місце при різниці температур повітря струменя і навколишнього повітря в кілька градусів.
Схема вільної ізотермічної турбулентної струменя дана на рис. 2.4. Струмінь витікає зі насадки 1 з рівномірною швидкістю. У струмені
Мал. 2.4. Схема вільної ізотермічної турбулентної струменя.
крім осьового поступального руху повітря відбувається поперечне переміщення, що супроводжується перемішуванням повітря струменя з навколишнім повітрям. В результаті маса струменя по ходу її руху збільшується. У струмені можна виділити ядро потоку 2 - в цій області зберігаються початкові параметри закінчення. У струмені розрізняють початкова ділянка 4 і основна ділянка 5, між ними - перехідний перетин 4. Точку перетину зовнішніх кордонів струменя 0 називають полюсом струменя.
Кут бокового розширення струменя в межах початкового ділянки залежить певною мірою від умов закінчення (форма сопла і початкова турбулентність струменя). На основній ділянці кут розширення струменя незалежно від зазначених умов становить 12 ° 25 '.
Нас в основному будуть цікавити круглі і плоскі струменя, що спливають відповідно з круглих і щілинних патрубків. Ці струмені мають переважне поширення у вентиляційній практиці.
У табл. 2.1 наведені формули для визначення параметрів струменів на початковому і основному ділянках. Дані наведені в безрозмірному вигляді. Прийнято позначення: для струменя кругового перетину
де R - радіус круглого отвору насадка; для плоскої струменя
де b0 - полушіріна щелевидная отвори насадка. Також прийнято:
де v0 - швидкість витікання струменя, м / с;
L - об'ємна витрата повітря в перерізі, м 3 / год; L0 - об'ємна витрата повітря при закінченні, м 3 / год; # 916; t0 - надлишкова температура струменя на виході з насадка, ° С; # 916; tcp - середня надлишкова температура в струмені (по витраті), ° С. При цьому
де tx - температура на осі струменя, ° С;
t0 - температура струменя при закінченні, ° С;
tокр - температура навколишнього повітря, ° С. Конвективні (теплові) струменя. У нагрітих поверхонь - як горизонтальних, так і вертикальних - виникають конвективні струменя. Теплота від нагрітої поверхні передається прилеглому
Залежності для визначення параметрів повітряного струменя
повітрю, який, стаючи менш щільним, піднімається вгору, витісняючи навколишнім холодним, більш щільним, повітрям. Так створюється конвективний потік, який відводить частину теплоти від джерела.
Розглянемо конвективную струмінь, що піднімається над нагрітою пластиною діаметром dH. розташованої в горизонтальній площині (рис. 2.5). Конвективную струмінь поділяють на три ділянки. На ділянці I формується конвективний потік, на ділянці II відбувається прискорений рух потоку з його звуженням і утворенням так називаючи-
Табл. 2.1 (продовження) Залежності для визначення параметрів повітряного струменя
емой шийки - найбільш звуженої частини струменя. Ділянка III - основний. На цій ділянці за рахунок підмішування навколишнього повітря струмінь розширюється. Параметри теплової струменя визначають за формулами (2.1) - (2.4), виходячи з характеристик шийки.
ючої отвори кілька збільшує радіус дії факела. Це видно на рис. 2.7, б, де показаний спектр всмоктування отвори з екраном у вигляді фланця.
Мал. 2.7. Спектри швидкостей всмоктування у круглого отвору: а - без фланця, б - з фланцем.
Залежності, що характеризують спектри всмоктування, використовуються при проектуванні місцевих відсмоктувачів.
Припливні струмені мають значну далекобійністю, вони втягують в загальний рух великі маси повітря в приміщенні і є основним чинником, що визначає характер руху повітря в приміщенні. Однак незважаючи на обмежений радіус дії витяжних отворів, їх розташування в приміщенні також надає певний вплив на переміщення повітряних потоків. У зв'язку з цим значний інтерещ представляють результати досліджень впливу взаємного розташування в приміщенні припливних і витяжних отворів. Дослідження проведені в ізотермічних умовах. Отримані дані можуть бути використані для практичних цілей [5].
Розглянемо схему руху повітря в приміщенні, коли приточное і витяжний отвори розташовані в протилежних огорожах, тобто один проти одного (рис. 2.8). На перший погляд таке розташування припливу і витяжки може здатися вдалим: припливне повітря, проходячи через всі приміщення, асимілює шкідливі виділення і віддаляється.
Мал. 2.8. Схема взаємодії припливної струменя і спектра всмоктування.
Проте насправді справа йде інакше. У міру віддалення від припливного отвору кількість повітря в припливної струмені безперервно збільшується, і в приміщенні створюється замкнута циркуляція, що видно на схемі. Через витяжний отвір видаляється лише 10-15% обсягу припливу, а іншої повітря утворює зворотний потік, що йде до початку струменя. На рис. 2.9 дані схеми руху повітря в приміщеннях, отримані в результаті експериментів на моделях. Схема «а»: витяжка - через отвір в торцевій стінці, приплив - через отвір, рівний за площею протилежній стінці. На крайках біля відкритого прорізу відбувається деяке поджатие струменя і утворюються невеликі вихори.
Мал. 2.9. Схеми руху повітря у вентильованих приміщеннях.
У міру руху до витяжного отвору потік вирівнюється, В кутах створюються незначні вихрові зони. Це єдина схема з представлених, де не створюються зворотні потоки повітря. При інших схемах організації повітрообміну створюються циркуляційні потоки повітря. Найбільш доцільною схемою вважають схему «і». Тут приточное і витяжний отвори розташовані на одній торцевій стінці. Весь потік повітря робить поворот до витяжного отвору. На схемі «до» показаний характер руху повітря в приміщенні великої протяжності. Припливна струмінь, не досягнувши протилежного стінки, розпадається, в приміщенні створюються два кільця циркуляції.
Як уже відзначено, схеми руху повітря в приміщенні отримані в ізотермічних умовах. У багатьох випадках на поширення шкідливих речовин в приміщенні значний вплив мають конвективні потоки.
В організації повітрообміну в приміщенні основна роль належить вибору місць подачі і видалення повітря. При невдалому рішенні організації повітрообміну в приміщенні створюються застійні зони з підвищеною концентрацією шкідливих речовин, виникають труднощі із забезпеченням необхідних параметрів повітря на робочих місцях. Для оптимальної організації повітрообміну повинно бути враховано ряд факторів: технологічні та будівельні особливості приміщення, вид та інтенсивність шкідливих виділень, розташування робочих місць, економічні міркування і ін.
Потрібно взяти до уваги особливості поширення шкідливих речовин в повітрі, які залежать від їх властивостей (щільності, а для пилу також дисперсності). Ці питання розглядають з урахуванням такого чинника, як інтенсивність теплових потоків в приміщенні. Відомо, що теплові потоки здатні переміщати пари і гази, що мають щільність значно більша за густину повітря, а також пил в верхню зону приміщення. При відсутності істотних теп-лоізбитков легші, ніж повітря, пари і гази піднімаються у верхню зону приміщення. До них відносяться, наприклад, водяні пари і оксид вуглецю (відносна щільність по повітрю відповідно 0,623 і 0,967). Гази, важчі, ніж повітря, наприклад діоксид вуглецю (відносна щільність по повітрю 1,524), накопичуються в робочій зоні над іолом. Інтенсивні теплові потоки від високотемпературних джерел захоплюють з собою в верхню зону приміщення важкі пари і гази, а також пил.
Забруднене повітря при загальнообмінної вентиляції слід видаляти з місць з найбільшою концентрацією шкідливих речовин. Подачу повітря виробляють у відносно чисту зону приміщення, як правило, поблизу робочих місць. Зазвичай знаходять застосування наступні схеми організації повітрообміну (рис. 2.10):
а) «знизу вгору». При спільному виділенні теплоти і газів або теплоти і пилу;
б) «зверху вниз». При виділенні в приміщенні парів летких рідин (бензолу, толуолу, ацетону, спиртів і т. П.), Пилу, а також пилу і газів при загальному припливі і місцевої витяжці;
в) «зверху вгору». У виробничих цехах схему іноді застосовують, наприклад, при спільному виділенні теплоти і вологи або лише вологи; схему використовують у допоміжних виробничих будівлях;
г) схема - однозональ-ний приплив у верхню зону і двозональний витяжка.
Доцільна при вступі до повітря приміщення вибухонебезпечних речовин з різною щільністю. Запобігає їх скупчення у верхній зоні. Чи можна застосувати також при виділенні газів важчий за повітря при відсутності теплонадлишків;
д) схема - двозональний приплив і однозональние витяжка з верхньої зони. Чи можна застосувати в приміщеннях з тепло-і вологовиділення або тільки вологовиділення при зосередженому випуску пара від технологічних установок з температурою рідини більше 40 ° С. Повітря подають у верхню зону перегрітою;
е) «знизу вниз». Може застосовуватися при влаштуванні місцевої вентиляції.
Мал. 2.10. Схеми повітрообміну: а - «від низу до верху»; б - «зверху вниз»; в - «зверху вгору»; г-однозональние приплив, двозональний витяжка; д - двозональний приплив, однозональние витяжка; е - «знизу вниз».