|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 42 (1.95) Граничными условиями для решения данной системы являются у = 0 w = = 0: & = &пов: у- оо v = v, = 0; & = 0; х: = ОиО<:(/<а v = Va\ = а\ х = 0 у>а v = v, = 0; & = 0, где Явф - коэффициент эффективной температуропроводности воздуха: АэФ = эф/ф; - соответственно продольная и поперечная проекции скорости воздуха в струе: Ь - избыточная температура воздуха в струе, & = / - /в - соответственно температура воздуха в любой точке струи и температура окружающего воздуха); 9ф. эФ-соответственно эффективные коэффициенты турбулентной вязкости и теплопроводности. При написании уравнений пренебрегаем: силами давления, так как струя затоплена и давление в любой точке объема помещения практически одинаково; турбулентной вязкостью по оси х, так как она мала; теплопроводностью вдоль струи по оси X, так как она пренебрежимо мала по сравнению с конвективным переносом тепла в этом направлении . Величина коэффициента эффективной теплопроводности вычисляется по формуле >.эФ = + - V), (1.96) где РГд.Ргт- соответственно ламинарный (молекулярный) и турбулентный критерии Прандтля. Величина Рг, зависит от характера движения жидкости. В соответствии с экспериментальными данными для пристеночной ламинарной области Рг = 1; для струйного пограничного слоя Рг, = 0,5 -г- 0,7. В результате задача сводится к решению системы параболического типа, которое может быть реализовано численными методами на ЭВМ. Для численного расчета требуется конечно-разностная аппроксимация дифференциальных уравнений. Наряду с численным методом для расчета полей температуры и скорости в полуограниченной струе может быть использован приближенный метод, основанный на интегральных уравнениях пограничного слоя: dx d v4y = gi{bdy -\ J J P vUy. 9noB cp {K-)dy (1.97) где Тцдв и (7пов - напряжение трения и тепловой поток на поверхности. В расчете полуограниченных струй появляется еще одно неизвестное - толщина пристенного пограничного слоя 6. Поэтому система уравнений сохранения количества движения и тепловой энергии дополнена третьим уравнением сохранения тепловой энергии для пристенного пограничного слоя (1.97). В соответствии с общими принципами получени?! приближенных решений на основе интегральных соотношений необходимо задать функции, определяющие профили температуры и скорости. Для описания профиля скорости и температуры в пристенном пограничном слое может быть спользован полином, в струйном - экспонента, которые стыкуются в точке == 6: у>Ь = ,exp[-i-(JL-i); (1.98) Аго = goalvl и Reo = voah. где п, с - экспериментальные лостоянные. Остальные обозначения приведены на рис. 1.28. Таким образом, задача сводится к решению трех дифференциальных уравнений относительно w , & , 6. С учетом изложенных методоввыполнены расчеты параметров полуограниченных струй Vfi, & , Nu = с£ бД при различных значениях позволившие установить основные закономерности полуограниченных настилающихся вертикальных струй [1.15]. Существенное влияние на развитие струи оказывает величина критерия Архимеда Аго. На рис. 1.29 показан характер-изменения относительной осевой скорости V и избыточной относительной температуры воздуха Ь вдоль оси струи при различных значениях АГо- Значение Аг = 1,0 соответствует условиям работы отопительных приборов; &о = 0,5 - 1 м/с, &д == ЗОС; значение Аг=0,001 - приточным венти- ляционным струям: оо 4 м/с, iTloiomolOOloab &о5 .10С. Из анализа графиков следует, что увеличение значения ATj приводит к качественным изменениям в развитии  Рис. 1.29.Изменение относительной скорости (а) и относительной температуры воздуха (б) вдоль струн при разных значениях Аг г - 1.0: г - 0.U 3 - ±0,00l; 4--0.01 струи. Если при Аго 0,001 скорость по оси струи монотон- go убывает, то при АГд = 1 скорость вблизи истечения возрастает, а затем практически остается постоянной. Это объясняется тем, что архимедовы силы в случае нагретой вертикально направленной струи совпадают с вектором скорости и разгоняют струю, т. е. в таких струях появляется разгонный участок. Скорость в крнце разгонного участка может увеличиваться, в 2 раза по сравнению со скоростью истечения. Осевая температура в струях с большим АГд уменьшается более резко. В результате изменения аэродинамики струи меняется интенсивность ее теплообмена с ограждением. Величина критерия Nu в струях с большим Аг может отличаться в 2 раза по сравнению со струями при малых АГд. Таким образом, если Аг > (0,002 ч--г 0,005), при расчете аэродинамики и теплообмена струи необходимо учитывать наличие в ней разгонного участка. Вторым фактором, влияющим на интенсивность теплоообмена струи с ограждением и условия ее развития, является степень переохлаждения поверхности наружного ограждения. Если температура юздуха в ламинарном подслое ниже температуры воздуха помещения, в этой области возникают отрицательные архимедовы силы, препятствующие движению жидкости. Наблюдается отрыв пограничного пристенного слоя и возникновение застойной зонв. Обобщение экспериментальных данных дает следующую расчетную зависимость для определения координаты точки отрыва: отр-----J J0-73- пов где пов--1 (1.99) Rep = Reo при Аго <5 0,002; Rep= Re- 2 при Аго> 0,002, - критерий Рейнольдса, определяемый по скорости в сечении Л=- 2. Для области струи до точки отрыва уравнения для расчета осевой скорости и локальных значений Nu имеют вид: м = -= Ай Nu = BReoA a (1.100) о где А, Б, В, Г - константы, приведенные в табл. 1.4 в зависимости от величины h = xia. В формуле (1. 100) Д - поправка, учитывающая, что при движении струи в тредотрывном состоянии наблюдается снижение коэффициента конвективного теплообмена, связанное с деформацией вязкостного подслоя. В инженерных расчетах при значениях температуры поверхности от 3 до Ю'С может приниматься приближенное значение коэффициента Д = 0,85. Таблица 1.4 Значения констант
Среднее значение критерия Nu для всей безотрывной зоны может быть определено из уравнения В Nu = 1 + Г 0,8---Г Reo h . (I.lOl) Выше точки отрыва струи развивается ниспадающий конвективный поток. Для расчета ниспадающего потока воздуха, распространяющегося вдоль охлажденной вертикальной поверхности, могут быть использованы общие формулы неизотермических струй. Режим ниспадающей струи вдоль холодной поверхности полностью зависит от гравитационных сил Если пренебречь потерями на трение, то приращение энергии за счет гравитационных сил полностью переходит в кинетическую энергию потока воздуха. Для естественной конвективной тепловой струи начальный импульс и начальное избыточное теплосодержание равны нулю. В этом случае текущий кинематический импульс равен i! = 0,252 - qx* = 0,252 - срГв 1005 1,2 293 = 0,7 . 1059* IIЕ^ =10-. 0,81 Ширина струи в сечении х* равна & л; 0,14л;*. Максимальная скорость в сечении х* равна 9,81 .5/2 (1.102) (I 103) м..= 2.33 0.07 Гqx* : 0,074 / q (I 104) Соответствующая vc* избыточная температура на оси струи равна .-1/3 А = 0,1519 .= 0,1679 X* (1.105) Электронная библиотека http: tgv.khstu.ra/  8 10 IZ /* з:*Н  8 W 11 n X*M Рис. 1.30. Конвективный поток, возникающий на холодной поверхности окна {а), температура (б) и максимальная скорость (в) в струе на ннигаей границе Часовой расход воздуха на 1 м ширины струи равен = 27,58qlV\ (1.106) В формулах (1.104)-(1.106) последняя запись соответствует воздуху при 20*С. Формулы (1.104) и (1.105) позволяют определить скорость и температуру в ниспадающем потоке воздуха, например, вдоль окна. Графики рис. 1.30, на которых приведены значения Ума их* у подоконника в зависимости от положения окна и значений 9к, могут быть использованы для оценки дискомфортных условий около окна. Данные о ниспадающей конвективной струе необходимы для расчета и в случае, когда вдоль холодной поверхности создается восходящая воздушная струя. Плоская нагретая струя снизу настилается на ограждение. На холодной стене сверху образуется гравитационный поток свободной конвекции. Эти два потока - искусственно созданная нагретая струя снизу и естественный охлажденный ток воздуха сверху - взаимодействуют между собой. Задача расчета состоит в определении интенсивности теплообмена в зоне струи и в нахождении дальнобойности струи. В данном случае дальнобойность определяет высоту, встречи струи с ниспадающим конвективным потоком. Координата точки встречи струи с ниспадающим конвективным потоком йвст определяется из уаловия равенства в ней максимальных скоростей струи и конвективного потока: где Ум - определяется по формуле (1.100) или графикам рис. 1.29, а Vkx* - по формуле (1.104). Для струй со значением критерия Аг< 0,1 координата hcr определяется методом последовательных приближений, для струй с критерием Аг> 0,1 - по формуле 2143t; вст = -- <?к (,.,07, 9к Если йвст-Л. струя достигает верха ограждения; если Лвст<0. ниспадающий конвективный поток достигает низа ограждения; во всех прочих случаях точка встречи струй занимает промежуточное положение. При слиянии восходящей и ниспадающей струй образуется общий поток воздуха, который может быть направлен как нормально к поверхности ограждения, так и в верхнюю или нижнюю часть помещения. Для того чтобы исключить направление смешанного потока вниз, кинематический импульс струи в точке встречи Ех должен быть больше импульса конвективного ниспадающего потока Е^ > Е^*, где 0,145wmA bc1 (1.108) Настилающиеся струи широко используются для защиты крупноразмерных остекленных поверхностей от ниспадаюшдх потоков холодного воздуха. Для расчета температуры внутренней поверхности остекления, а также теплопотерь через них следует использовать приведенные выше формулы. Можно также воспользоваться графиками рис. 1.31 (более подробный графический материал содержится в 11.151) В соответствии с этими графиками при определении начальных параметров струи, обеспечивающей заданный температурно-влажносгный режим внутренней поверхности остекления, исходными являются требуемые избыточные теплопоступленил на 1 м щели и температура внутренней поверхности остекления теплового комфорта или технологическими требованиями. Понятие избыточных тепло поступлений вводится в связи с тем, что в общем случае теплопоступления, вносимые струей приточного воздуха (прит) должны перекрывать не только теплопотери через обдуваемую часть остекления, но и вообще все теплопотери помещения, т. е. в соответствии с условиями Bu3S, ккал1ч-и Qh36 - QnpHT - QocT QnpBT == (Lp)npC (/о - t. (1.109) где Qggj - теплопотери через обдуваемую часть остекления. Избыточные теплопоступления, таким образом, численно равны требуемым теплопоступлениям в помещение, за исключением компенсации теплопотерь через обдуваемую часть наружного ограждения. Если приточная струя компенсирует только теплопотери остекления, то Q 36 = О, при поступлении в помещение изотермической струи Q 36 = Пример 1.3. Определить начальные параметры струи для обдува одинарного остекления высотой Н = 3 м. Струя компенсирует только теплопотери через остекление, т. е. Q 36 = 0. Решение. По графикам рис. 1.31 (код решения показан стрелками) для Оизб = О при ширине щели а = 0,02 и  Рис. 1.31. Одинарное остекление высотой А=5 м при расчетной температуре наружного воздуха -25 6: -- -прв ао-0,02 м; > - орв находим: начальную избыточную температуру воздуха в струе &о = о - - tg = 36° С; расход приточного воздуха Go = 450 кг/(ч'м); среднюю температуру остекления Тв = 6° С. § 1.12. общий теплообмен на поверхности в помещении Количество тепла, которое воспринимает или отДает произвольная поверхность i в результате лучисто-конвективного теплообмена в помещении, равно количеству тепла, которое передается к поверхности или отводится от нее теплопроводностью (1.1). Теплопроводностью передается количество тепла Т{, которое при средних по всей площади Ft значениях температурного градиента около поверхности и коэффициента теплопроводности it, составил Ti=-\,Ft. (1.110) В стационарных условиях, когда температурный градиент в толще ограждения остается неизменным во времени, уравнение (1.110) удобнее написать в виде r, = /c;(x,-tj)f,. (1.1 и> где К', - коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности ограждения до внешней среды, температура которой равна /opj. Общее уравнение теплового баланса (1.1) поверхности i в помещении имеет вид (£эФ, - Е^ол i) Ei -f- к,(X, -/.) Ft -\ -F, = 0. (1-112) Тепловой баланс поверхности в помещении с учетом выражений (1.36), (1.37) и (1.111) можно записать в виде двух уравнений: о'эФ -эф } (эф I - эф + + F,-C,b, ,(x,-x,)=0; (1.113) 1 - El Fl , Сфф , j (Тэф J - Xj) -Ь 1 - e.j + < k* (b - t) + PiK\ (t - t)=tQi = 0, (1.114) где а„г - коэффициент конвективного теплообмена, средний по поверхности; Qi - прочие источники и стоки тепла на поверхности. Слагаемые в уравнениях (1.113) и (1.114) имеют одинаковую структуру записи. Все составляющие тепловой баланс потоки тепла пропорциональны соответствующим разностям температур (в°С). Такая запись уравнений оказывается удобной для расчета теплообмена при использовании метода электротепловой аналогии (см. § 1.17) или ЭВМ- Как было сказано в §1.4, у чет много кратного отражения значитель но усложняет расчет теплового баланса поверхности и в то же время не оказывает большого влияния на конечные результаты. В строительной практике обычно ограничиваются учетом только первого отражения. В этом случае тепловой баланс поверхности с учетом выражения (1.38) описывается одним уравнением 2 Co4-jbi.jiTi-Tj) Ф, /г + a j (т^ -t) Ft -Ь + K(i-tcr,{)Pi±Qi = 0. (1.115) В соответствии с особенностями теплообмена все поверхности в помещении можно разделить на три характерные группы: охлаждающие, нагревающие и нейтральные. Охлаждающими помещение поверхностями в зимний период года будут внутренние поверхности наружных ограждений. Таких поверхностей может быть несколько. Особенность написания уравнения (1.115) для наружных ограждений в том, что заменя1рт на температуру внутренней поверхности наружного ограждения Xg, а К' - на приведенный коэффициент теплопередачи /(. от внутренней поверхности ограждения к наружному воздуху, отнесенный к площади Последняя определяется по размерам внутренней поверхности, обращенной в помещение. Температура внешней среды tcpt - это температура наружного воздуха / . Для нагретых поверхностей (зимой, например, это отопительные панели или другие нагревательные приборы) значения отдельных величин в уравнении (1.115) будут следующими: Tj - температура панели Тц; К' - коэффициент теплопередачи от поверхнвсти панели к теплоносителю /С^ п; срг - средняя температура теплоносителя в трубах панели /тн- Для нейтральных поверхностей внутренних стен и перекрытий в уравнении (1.115) составляющая передачи тепла теплопроводностью Ti (третье слагаемое) равна нулю. Эти поверхности в стационарных условиях не нагреваются и не охлаждаются со стороны ограждений и являются как бы адиабатическими отражателями, так как полученное тепло от помещения они ему же и отдают. Поверхности внутренних стен могут иметь положительный радиационный баланс, получая в результате лучистого теплообмена определенное количество тепла. Такое же количество тепла они будут отдавать конвекцией воздуху помещения. В теплообмене может участвовать тепло солнечной радиации, проникающее через лучепрозрачные ограждения. Прямые солнечные лучи нагревают отдельные части внутренних ограждений. Диффузно рассеянная радиация распределяется равномерно. В расчете теплообмена допустимо принимать, что вся прямая и рассеянная радиация Q цр, непосредственно проникающая в помещение (см. гл. VII), равномерно распределяется по площади всех внутренних поверхностей. В уравнениях теплового баланса (1.115) всех поверхностей дополнительное слагаемое Qi равно доле проникающей радиации. Величину Qi можно определить в виде Qi-=QupFJF,. (1.116) В помещении могут быть поверхности, которые омываются струей охлажденного или нагретого воздуха, подаваемого в помещение. Струя воздуха, настилаясь на ограждение, нагревает или охлаждает его. За счет подмешивания воздуха помещения и конвективного теплообмена струя изменяет температуру и постепенно достигает рабочей зоны помещения. По направлению движения изменяются температура и скорость воздуха в струе, а следовательно, и условия теплообмена. В общей постановке уравнение теплового баланса такой поверхности должно быть записано в интегральной форме, учитывающей изменение условий теплообмена в направлении движения струи. Такая запись осложнит решение и для целей инженерного расчета ее желательно упростить. Поверхность разбивают на элементарные площадки, в пределах которых все параметры принимают осредненными (см. ниже § 1.13). Для каждой элементарной площадки поверхности составляют свое уравнение теплового баланса вида (1.115). § 1.13. ТШЛОВОИ БАЛАНС ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ Воздух помещения, соприкасаясь с нагретыми и охлажденными поверхностями, нагревается или охлаждается. Кроме того, он получает или отдает тепло в процессе воздухообмена. В небольших помещениях под влиянием конвективных токов и вентиляционных струй воздух достаточно хорошо перемешивается, вследствие чего его температуру при расчете теплообмена можно считать постоянной во всем объеме помещения. Осредненная температура характерных поверхностей также принимается постоянной. Уравнение теплового баланса воздуха в помещении имеет вид I<i{-i-t.)Ft±Q, = 0, (1.117) где а^г-средние значения коэффициента конвективного теплообмена, на поверхностях; - количество конвективного тепла, которое непосредственно передается воздуху помещения или забирается из него. В величину Qb входит тепло, вносимое приточной вентиляцией и в результате неорганизованного проветривания помещения, а также конвективное тепло, получаемое воздухом от закрытых поверхностей. Это может быть, например, тепло, полученное воздухом в конвективных каналах нагревательных приборов и другого теплового оборудования, т. е. от поверхностей, которые не участвуют в лучистом теплообмене в помещении и не вошли под знак суммы уравнения (1.115), Если приточный воздух настилается на одну из поверхностей и его температура заметно отличается от температуры воздуха в помещении, как это имеет место при воздушном отоплении или охлаждении помещения, то для воздушной струи необходимо составить самостоятельные уравнения теплового баланса. В направлении движения струю разби- Электронная библиотека http: tgv.khstu.ru/ 1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 42 |
||||||||||||||||||||||||||||||||