|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Opflm из таких упрощений является изолированное рассмотрение движения воздуха в помещении оТ различных источников, слабо взаимодействующих друг с другом (например-, струи воздуха от вентиляционных систем и конвективные потоки у холодных или нагретых ограждений). Ярко выраженное взаимодействие между потоками учитывается дополнительно на основе некоторых упрощенных гипотез. При этом Б отдельных потоках практически всегда удается выделить главное направление, для которого скорость и характерный размер потока существенно больше, чем в двух других. В гидродинамике такие потоки называются пограничными слоями. Для их расчета используются уравнения Навье -Стокса, упрощенные Л. Прандтлем с учетом отмеченных выше особенностей, движения. Упрощенные уравнения носят название уравнений пограничного слоя в частных производных. Эти уравнения для струйных вентиляционных течений и струй, возникающих у нагретых или охлажденных поверхностей, приведены Б§1.П. Развитие воздушных потоков у ограждений имеет определенную специфику. Эти потоки возникают при наличии в помещении нагретых или охлажденных поверхностей или при выпуске неизотермических приточных струй вдоль поверхностей. В первом случае воздушные потоки возникают в результате разности плотностей воздуха у поверхности и в объеме помещения, которая приводит к возникновению архимедовых сил и движению воздуха вдоль поверхности. Во втором случае источником движения является начальный импульс, полученный частицами воздуха при его выпуске из приточных устройств. В таких пристенных потоках различают пристенный и струйный (внешний) пограничные слои. При этом вне зависимости от степени турбулентности струйного потока у стенки всегда существует вязкостный ламинарный подслой, где существенны силы трения, связанные с вязкостью жидкости. Вблизи истечения весь пристенный пограничный слой занят вязкостным подслоем. Толщина пристенного,пограничного слоя растет по ходу движения воздуха. На некотором расстоянии от начала потока Б пристенном пограничном слое начинают развиваться вихри, приводящие к его турбулизации. Ламинарный пограничный слой переходит в турбулентный, в котором сохраняется лишь небольшой вязкостный подслой вблизи поверхности. Несмотря на то что уравнения пограничного слоя существенно проще уравнений Навье - Стокса, получить в общем случае аналитическое их решение невозможно, поэтому прибегают к численным методам путем конечно-разностной аппроксимации исходных уравнений и к последующим расчетам на ЭВМ. Уравнения пограничного слоя могут быть преобразованы к виду, удобному для их приближенного аналитического решения. С этой целью выполняют интегрирование уравнений пограничного слоя вдоль поперечной координаты, используя уравнение неразрывности. Полученные таким образом уравнения носят название интегральных уравнений пограничного слоя. Для движения воздушной струи вдоль ограждения они приведены в § 1.11. 2-199 33 Наибольшее распространение в практике решения отопитёльно-вентиляционных задач получили полуэмпирические методы, состоящие в том, что на основе экспериментов задают некоторую универсальную функцию, описывающую профили скорости и температуры в по-токах. В результате уравнения сводятся к обыкновенным дифференциальным. Таким образом, в настоящее время существуют три основные направления в развитии теоретических методов расчета конвективных потоков в помещении: на основе уравнений Навье - Стокса и неразрывности, уравнений пограничного слоя в частных производных и интегральных уравнений пограничного слоя. Использование любого из этих методов применительно к турбулентным потокам требует знания некоторых характеристик потока,определяемых экспериментально. Так, для уравнений Навье - Стокса и пограничного слоя требуется знание турбулентных характеристик потока, при использовании интегральных уравнений пограничного слоя требуется задавать экспериментально определяемые профили температуры и скорости. Поэтому Б настоящее время развитие теории конвективного теплообмена происходит на основе сочетания теоретических методов расчета и экспериментальных исследований. В результате различных аэродинамических явлений в помещении могут быть разные формы конвективного теплообмена. Во многих случаях обмен теплом воздуха с относительно небольшими (к объему помещения) нагретыми или охлажденными поверхностями происходит в режиме свободно конвекции. На поверхностях ограждений и других больших нагретых и охлажденных поверхностях в помещении происходит также естественный конвективный теплообмен, который в отличие от свободной конвекции происходит в стесненном ограниченном объеме помещения. В условиях принудительного движения воздуха вдоль поверхностей теплообмен определяется закономерностями вынужденной конвекции. При подаче неизотермических струй воздуха теплоообмен в помещении определяется также массообменом, происходит так называемый струйный теплообмен в результате турбулентного перемешивания различно нагретых масс воздуха. Все эти процессы достаточно сложны и их протекание в объеме помещения имеет определенную специфику. § 1.6. свободная конвекция Около нагретых и охлажденных свободно расположенных в большом объеме воздуха поверхностей возникают конвективные токи, которые вызывают теплообмен между поверхностями и воздухом. Этот процесс называют свободной конвекцией. Если поверхность нагрета, то воздух около нее нагревается и поднимается вверх, вытесняемый снизу более холодным. В потоке около вертикальной поверхности образуется пограничный слой, толщина которого возрастает по направлению движения (рис. 1.17). В начальной зоне движения пристенный пограничный слой является вязким (ламинарным). На некотором расстоянии от нижней границы нагретой поверхности режим течения ста- новится турбулентным. Аналогичная картина наблюдается около охлажденной поверхности, поток свободной конвекции у которой направлен вниз. Теплообмен на поверхности в зонах ламинарного и турбулентного режимов течения происходит различно. В пределах толщины пограничного елея происходит изменение температуры и скорости воздуха. Заметное изменение температуры происходит в пределах теплового пограничного слоя толщиной б, а затухание скорости - в пределах гидродинамического пограничного слоя толщиной б. В общем случае толщины этих слоев не равны. Интенсивность естественного конвективного потока для любых форм поверхностей и сред в обобщенном виде Определяется критерием Грасгофа (Gr) или произведением критерия Грасгофа на критерий Прандтля (GrPr). Для воздуха помещения при температуре 20*G произведение этих критериев равно  Рис. 1.17. Пограничные слои при свободной конвекцнв (6х - толщина ламинарного подслоя) GrPr=Pr: 0,709» юяа/, а.53) (15,06 • 10-")» где р - коэффициент температурного расширения воздуха, равный j Вт кт лтМ р
0.00 0,035 BfiiO D,02i D,OW 0,015 D,OtO Рис. 1.18. Некоторые теплофизические параметры воздуха при различных значениях его температуры 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||