|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Таким образом, количество тепла, переданного панелью окну, по формуле <1 19) равно -г f J , 273-f40 у / 273 + 5 lOO*- J J = 42,5 Вт, Qn-oK = 0.86.5,77.0,!!8-2 , Если же воспользоваться упрощенной формулой (1.38), то Qn-oK = CoEnpbtpn-oKn ("п - ок) = = 5,77 0,86 . 1,035 • 0,118 • 2(40 -5) = 42,4 Вт. где = 0,86 определено по рис. I.I4 и формуле (1.22) при ej = 0,9Ь и 82 = 0,94, а 6 = 1,035 - по графику рис. 1.15, а и формуле (1.28). Можно определить количество тепла, переданного от панели окну, по формуле (1.19), переписав ее в виде Qn-OK = прп<Рп- [ 100 У --oliooj J~"PP"-°«"•"~»•°«• Знaчeния слагаемых в квадратных скобках определяем по графику рис. 1.5, тогда <Эп-ок = 0.86 .2.0,1Д8 (554 - 345) = 42,4 Вт. Как видно, расчет по приближенной формуле и графикам дает удовлетворительное совпадение с расчетом по формуле (1.19). § 1.5. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН И ДВИЖЕНИЕ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ В общем обмене тепла в помещении наряду с излучением существенную роль играет конвекция. Воздух обменивается теплом с охлажденными и нагретыми поверхностями ограждений и приборов систем отопления и охлаждения. Нагретые потоки воздуха поднимаются вверх, охлажденные опускаются вниз, вызывая общую подвижность и перемешивание воздуха в помещении. Подача и удаление воздуха системами вентиляции усиливает этот процесс. В большинстве помещений в результате перемешивания воздуха наблюдается сравнительно равномерное распределение температуры! /в в плане и по высоте, что позволяет принимать одинакоюе значение-/в при расчете теплообмена на всех поверхностях. Исключение состав-i ляют помещения с большими теплоизбытками и подачей воздуха с помощью неизотермических струй. В первом случае имеет место не-; равномерность температуры по высоте, а при локальном расположении источников тейла-и в плане помещения. Над источниками воз-, никают конвективные токи теплого воздуха, которые, собираясь ввер-1 ху, образуют под потолком слой нагретого воздуха («тепловая подушка»). На теплообмен в помещении существенно влияют происходящие в нем аэродинамические процессы, возникающие под действием неизо,-, термических струй. Вентиляционные и тепловые струи взаимодейству- i ют между собой, с ограждениями и предметами в помещении. В итоге этого взаимодействия в объеме помещения возникает циркуляция воздуха, формируются определенные скоростные и температурные поля. Их расчет может быть выполнен на основе законов сохранени5Г количества движения, массы и энергии. Первый из них устанавливает связь между количеством движения элементарного объема и действующими на него силами: поверхностными Р (давления, трения) и внешними массовыми F (силытяжести, центробежные, гравитационные). В соответствии с законом Ньютона, напряжения трения в вязкой жидкости пропорциональны градиенту скорости и для случая трехмерного движения жидкости определяются по трем уравнениям вида: = (1.45) где Л - коэффициент динамической вязкости воздуха; Vi - проекции скорости на координатные оси х, у, г (в дальнейшем также используются обозначения = v\v = и; = хю); \ - скользящий индекс в каждом из трех уравнений соответственно х, у, z\ Xj - координата, соответствующая координатным осям х, у, г; i - индекс, присущий только одному, соответственно первому (по оси х), второму (по оси у) и третьему (по оси z) уравнениям (в дальнейшем также используются обозначения = х\ Ху = у; Xj, = z). Математической формой записи закона сохранения количества движения и массы являются уравнение Навье-Стокса и уравнение неразрывности, которые для несжимаемой жидкости в неизменных во времени условиях при принятых обозначения имеют вид: +4-bi) + Pi (1-46) X] J dxi дх] 1 = 0. (1.47) В правой части уравнения (1.46) стоят производные поверхностных сил (давления, напряжения трения) и внешняя массовая сила. Для неизотермических потоков в помещении, связанных с работой инженерных систем, единственной массовой силой является гравитационная (архимедова) сила: F = gp»p. (1.48) Для расчета поля избыточной температуры Ь = t - указанные уравнения дополняются уравнением сохранения тепловой энергии (уравнением температурного поля): V} - = - а- , (1.49) XJ дх, \ Oxjj где а - коэффициент температуропроводности воздуха. Система дифференциальных уравнений (1.46-1.49) для турбулентного движения (дополнительный индекс Т) осложняется появлением членов, содержащих проекции пульсационных составляющих скорости (vvl), которые с физической точки зрения могут рассматриваться как напряжения трения: pv\v.. (1.50) Наличие в системе уравнений (1.46-1.50) членов, учитывающих турбулентный леренос, делает ее незамкнутой, поэтому при решении практических-задач следует сделать выбор из нескольких известных соотношений для связи компонент турбулентного переноса с характеристиками осредненного движения. Соотношение Буссинеска (1877) для напряжения трения при турбулентном движении имеет вид: = )L ,.,L. (,.51, Величину, стоящую в скобках и имеющую размерность коэ()фици-ента вязкости, принято называть коэффициентом э<х})ектиБной вязкости Цэф = ц + }Д.т- Формально это соотношение приводит систему к записи для ламинарного режима и не дает исхсдных позиций для выбора Цэф. В гипотезе Прандтля (1925) коэффициент эффективной вязкости принят пропорциональным некоторой длине «пути смешения» /, по аналогии с длиной свободного пробега в кинетической теории газов: 3»г Колмогоровым (1942) и Прандтлем (1945) была создана статистико-феноменологическая теория переноса в потоках с неоднородной турбулентностью, базирующаяся на понятии кинетической энергии турбулентных пульсаций и позволяющая представить характеристики турбулентного потока в виде зависимостей двух параметров: осредненной кинетической энергии пульсационного движения Е = v.vjl2 и масштаба трубулентности, имеющего размерность длины. При этом дополнительно к уравнению Навье - Стокса составляется уравнение переноса кинетической турбулентной энергии. Таким образом, удается замкнуть систему уравнений и появляется возможность численно рассчитать поля скорости, температуры и давления в помещении путем конечно-разностной аппроксимации дифференциальных уравнений с использованием современных вычислительных машин. Применительно к задачам отопительно-вентиляционной техники исследование температурных и скоростных полей на основе уравнений Навье - Стокса проводятся в МНИИТЭПе [1.151, в ТашЗНИИЭПе, подобные проработки выполнены за рубежом [1.161. Внедрение указанных методов расчета в инженерную практику затруднено отсутствием надежно отработанных путей численного решения уравнений Навье - Стокса для трехмерного случая, а также необходимостью при расчете больших помещений иметь вычислительные машины с большим быстродействием и памятью. В связи с этим основные результаты в решении задач тепло- н массообменав струйных пограничных слоях получены на основе упрощенных уравнений. Электронная библиотека http: tgv.khstu.ra/ 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 |