автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Газо-, воздухораспределение закрученными сильнонеизотермическими струями в цехах с теплоизбытками

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ши

ГАРКУША Карина Эдуардовна

ГА30-, ВОЗДУХОРАСПРЕДЕДЕНИЕ ЗАКРУЧЕННЫМИ СИЛЬНОНЕИЗОТЕРМИЧЕСКИМИ СТРУЯМИ В ЦЕХАХ С ТЕПЛОИЗБЫТКАМЙ

05.14.04 — Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1992

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии.

- кандидат технических наук, доцент ШОВСШИ в.и.

Научный руководитель Офциалыше оппоненты:

доктор технических наук, профессор

. тамошпольский В.И.,

кандидат технических наук, доцент КОЧЕТКОВ A.B.

Ведущее предприятие - проектный институт "Белпромпроект"

. Защита диссертации состоится 1992 года е

/У часов на заседании специализированного совета К 056.02.09 при Белорусской государственной политехнической'академии по адресу: 220027, г.Минск, проспект Ф.Скорины, 65, корп.2, ауд. 201.

С диссертацией mosjho ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан

1992 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

А. Д.Качан

(с)Белорусская государственная политехническая академия, 1992

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современный подход к состоянию воздушной среды в производственных помещениях заключается в совместном рассмотрении социальных (соблюдение санитарно-гигиенических норм) и экономических (материало- и энергоемкость огопительно-вентиляци-онных систем) аспектов. Последнее имеет особую важность, так как стоимость теплоты и электроэнергии неудержимо растет. В связи с этим возрастают требования к проектировании систем отопления и вентиляции, к выбору наиболее рациональных схем воздухораспределения.

В помещениях с теплоизбытками снижение затрат теплоты возмож- -но за счет ее утилизации. Но еще больший ¡эффект можно получить, осуществляя воздухараздачу ненагретыми струями с высокой эжекцион-ной способностью,применяя воздухораспределители с предварительной закруткой воздушного потока. К ним относятся различного вида лопаточный закручиватели или центробежные завихрители. Однако ввиду вы* сокого коэффициента аэродинамического сопротивления, а также сложности изготовления таких конструкций их применение должно быть экономически обоснованно и становится эффективным тогда, когда температуры приточного и окружающего воздуха значительно отличаются друг от друга. В этом случае возникают закрученные сильнонеизо-термические отруи, проблема расчета которых, несмотря на больиоэ количество выполненных исследований, остается актуальной.

Работа выполнялась в рамках республиканской научно-производственной программы 71.02.р "Энергосбережение", утвержденной Советом Министров"БССР в 1990 г. ' .

Цель работы: исследование.закрученных свободных сильнонеизо-гермических струй и изучение тепловоздушного режима помещения при вентилировании его объёма такими струями,.а также разработка методики расчета воздухораспределителей, формирующих закрученные силь-гюнеизотермические струи.

Научная новизна. В работе впервые приведены результаты теоретического исследования закрученных свободных сильноноизотермичес-тх струй с применением принципов термодинамики необратимых процессов, получены данные для определения затухания максимальной 1родольной составляющей скорости и избыточной температуры, а так-ке относительного расхода воздуха в зависимости от степени закрутки и параметра неиэотермичности, проведена экспериментальная

проверка результатов теоретического исследования на установке, защищенной авторским свидетельством № 1665191.

Практическая ценность работы состоит в создании методики расчета воздухораспредвления закрученными струями в условиях сильной неизотшрмичности. Использование данной методики для проектирования вентиляции термического цеха Кузнечного завода тяжелых штамповок в г.Еодино позволило сэкономить 47050 ГДЛ/год (НгЗО ) теплоты.

Реализация и внедрение работы в промышленности. Методика расчета воодухораслредедения вертикальными закрученными сильно-неизотермическими струями применена при проектировании систем вентиляции термического цеха КЗТШ в г.Модино.

Апробация работы. Работа выполнена на кафедре "Теплогазо-снабжение" ЙГПА. Основные результаты работы докладывались на Всесоюзном .совещании по использованию природного газа в народном хозяйстве (Каунас, 1983г.), на 28-й студенческой научно-технической конференции студентов вузов Белоруссии, Молдавии, Латвии и Литвы (Минск, 1984г.), на 43-й, 44-й и 45-й научно-технических конференциях- профессорско-преподавательского состава Белорусского политехнического института (Минск, 1987-1989 гг. ).

Публикация материалов. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений общим объёмом 202 страницы. Основная часть включает 123 страницы машинописного текста, 28 рисунков, I таблицу, список использованной литературы из 160 наименований.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ, ПОСТАВЛЕННЫЕ В ДИССЕРТАЦИИ

Решение проблемы повышения эффективности вентиляционных систем не возможно без учета физической картины явлений в вентилируемом помещении, которая в значительной мере формируется вентиляционными струями. В свою очередь, расчет струйных течений невозможен без данных о количестве подаваемого воздуха, типах и размерах приточных устройств. Снижение теплопотребления в цехах с теплоизбыткаш возможно как за счет использования теплоты удаляемого воздуха, так и за счег воэдухораздачи ненагретого воздуха

струями с высокой эжекционной спосрбностью. К таким струям в частности, относятся закрученные, которые широко используются в различных технических устройствах (топочных агрегатах, камерах сгорания й т.д.), а также в вентиляционной технике. Их отличительной особенностьп, е первую очередь, является наличие тангенциальной компоненты абсолютной скороетй И градиента статического давления как вдоль, так и поперек струи.

Основы теории закрученной струи заложены Л.Г.Лойцннским, Значительное внимание условиям истечения из закручивателей различного типа уделено в работах Р.Б.Ахмедова и его сотрудников. Заслуживает внимания попытка расчета аэродинамики закрученных струй при помощи метода эквивалентной задачи теории теплопроводности, сделанная Б.П.Усгименко. Большой вклад в решение прикладных задач по использованию и расчету закручивающих воздухораспределителей внесли исследования. В.В.Ловцова, А.А.Карписа, Л.С. Васильевой, Э.А.Туомаса и др. Из зарубежных авторов можно отметить Н.Хигира, А.Червинского, Д.Лилли, чьи методы наиболее доступны в инженерном отношении. Следует такме выделить подход к рассмотрению струйных точений с использованием основных положений теории термодинамика необратимее процессов, который применен в роботах Л.Т.Сычева к В.И-Куновского.

Применение закручивающих воздухораспределителей оказывается целесообразным в "условиях сильной неизотершгмостя. Параметр неизотермичности ( в -fo/fo/cp ) существенно влияет на турбулентные характеристики закрученной струи, а также на затухание продольной составляющей скорости вдоль ее оси; Этим он отличается от критерия Jfr" , по величине которого оценивают влияние гравитационных сга на траекторию развития струи.

Анализ литературных источников'показал, что исследования по закрученным неиэотермическим струям носят, в основном, экспериментальный характер с результатами в виде эмпирических выражений, применимых к расчету определенного типа закручиэателн.

К тому же в этих исследованиях рассматриваются струи,, развивающиеся в условиях слабой неизотермичности. Сравнение предлагаемых различными авторами формул для расчета затухания скорости и температуры в закрученной неизотермической струе показывает, что результаты расчета по ним сильно (иногда На 100% и более) отличаются друг от друга. Во многих работах используются коэффи-

циенты затухания скорости /77 и температуры /7 . Коэффициент /77 никак не- учитывает степень неизотермичностй струи, поэтому выражения, в которые он входит справедливы лишь для слабонеизотерми-ческих струй на значительном удалении от среза воздухораспределителя. К недостаткам большинства^решений следует также отнести громоздкость расчетов и сложность конечных выражений. Из сказанного можно сделать вывод, что закрученные сильнонеизотермические струи требуют глубокого и всестороннего изучения для решения прикладной проблемы - создания методики их расчета.

Произведенный анализ позволяет сформулировать основные задачи диссертационной работы:

1. Теоретически и экспериментально исследовать закономерности развития свободных закрученных струй, распространяющихся в условиях сильной неизотермичности.

2. Исследовать тепловоздушный режим помещения, вентилируемог закрученными" сильнонеизотермическими струями и влияние начальных характеристик истечения на коэффициент воздухообмена Л2 .

3. Разработать методику инженерного расчета приточных закрученных сильнонеизогермических струй вентиляционного воздуха.

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКРУЧЕННЫХ СВОБОДНЫХ СИЛЩ0НЕИ30ТЕШИЧЕСКИХ СТРУЙ

Аналитическое исследование закрученной сильнонеизотермичес-кой струи основано на принципах теории термодинамики необратимых процессов. Данный метод позволяет получать необходимые эмпирические коэффициенты, применяя принцип супперпозиции. Основное уравнение теории термодинамики необратимых процессов имеет вид

# = (I)

где Л - поток; - термодинамическая сила; А^/' , К/'с _ -

феноменологические коэффициенты. Причем/¡¿/' = К^'с при Соотношений (I) означает следующее. Если на поток , соот-

ветствующий необратимому процессу I , влияет сила необратимого процесса J , то на поток ./£' сила влияет посредством коэффициента /{?/'

Рассмотрим неизотермическую свободную закрученную струю несжимаемого газа как термодинамическую систему, в которой в ка-

честве потока выступает удельный массовый расход , в качестве термодинамической силы - полное давление, равное сумме динамического, аэростатического и гравитационного давлений.

Уравнение массопереноса в направлении X имеет вид

Здесь /осх- коэффициенты массопереноса, характеризующие перемещение массы вдоль направления X от действия, соответственно, скорости Лхг > градиента статического давления и гравитационных сил Хх* в том же направлении.

Коэффициенты массопереноса представляют собой массовый рас-сод, приходящийся на единицу градиента термодинамической силы.

Рассмотрим уравнение (I) в цилиндрических координатах X , А , ¥ , пренебр'тая величиной перекрестных коэффициентов л заменяя абсолютную скорость через V = УЙт2* 4 + 7/у1 , а

/> = Р/5~ . Получим следующие выражения:

^КМс.ГР 4 ^ Г** ' М • , о , ихр Ахх Рх * ' ( 3 )

У** У

^ ^< ( 4 )

Система (3), (4) решается с привлечением уравнений постоянства момента количества движения и осевого количества потока теплоты и с соблюдением граничите условий. ,

На некотором расстоянии от источника в закрученной струе тблюдается подобие: = ¿(у); Щ - 1/&т>Р =Аг?'

<М?), ^ -г/*)-

[ри этом давление на оси струи Лт = -у? J . Обозна-

[ив интегральные, величины, не зависящие от X , через /7, , , /7| , учитывая то, что на оси закрученной сильНонеизотермичес-:ой струи/а¿¡г/у)^/ I заменив коэффициенты массопереноса Кхх на безразмерные коэф-ициенты //хх , уравнение массопереноса примет и ид

где

Уг~ Mxx^tydqsiïniïtliïsnoty/nojJ; % = Mxx^tyc/qSVx^.

После дифференцирования. всех членов уравнения (5) по X и, обозначив через Km = / X = J = л '¿Q(Âo,5l'*/ri ' галУчим дифференциальное нелинейное уравне-

ние затухания продольной составляющей абсолютяой скорости в закрученной сильнонеизотермической струе

¡¿r-' -r A <SjrmJ

Уравнение изменения избыточной температуры вдоль оси струи будет иметь вид :

Анализ выражения (6) показывает, что оно может быть решено относительно , если будет известна зависимость величин ^ , <4 , Lfj и /а от степени закрутки j' и параметра неизотермично сти ff .

Величина и, следовательно, коэффициент Д/дг/определяют с я при отсутствии _аэростатической степени свободы (при отсутстви закрутки), когда $ = 0. При атом замыкающим уравнением являете известное уравнение Жесгкова, которое решается совместно с уравнением (6) на ЭВМ. Величина $ в выражении (6) подставляется с учетом $ , __

Уточнение величин $ , ^ , ^ и для закрученной сильнонеизотермической струи проводится с учетом совместного влияния закрутки и неизотермии на угол • Для охлажден-

ной струи.{ ¿9 ? I) выражения имеют вид;

% = -59Çtg(û,4S6W,ûZû.ûtâ*-)+J; ( 8 )

% -û,/Я)-,

(' 9 i

% ~ (20^2. -312Ы& + Ш67( 10 )

Хо ^(7,1+0,3(&+дг)-$,Г£3)Ж . СИ)

Решение уравнения (6) но ЭВМ с учетом (8)... (Я) позволяет злучить кривые, затухания максимальной продольной составляющей 5сслготноЙ скорости в закрученной сильнонеизотермической струе, а рис.1 также кривые представлены для струй = 0; 0,2; 0,4;. ,6 и параметром 0 « I; 1,15. Анализ графиков показывает» что, эивые падения скорости более холодной струи лежат вше, что -зответствует меньшему их затуханию. При одном и том же В более врученная струя затухает значительно быстрее. Точность получение результатов была оценена после проведения экспериментальных ¡следований.

По формуле (7) построены кривые затухания безразмерной из-и'очной температуры ири степенях закрутки - 0; 0,3;

,5 и параметрах неиэотермичнооти & = 1,1; 1,2; 1,3 (рио. 2). ж прочих равных условиях кривые, соответствующие более интенсив-)й закрутке, лежат ниже, а кривые, соответствующие болзе высо->му уровню неизстермичности, вше относительно друг друга.

В работе рассматривается вопрос о влиянии повышенного начально уровня турбулентности ¿а ( = ) на аэродинамику струи, м этом Исхсдное уравнение массопереноса описывается выражением )), но в аэростатической составляющей учитывается влияние пуль-|Ций Для замыкания уравнения (3) относительно ¿ХР^г ис-щьзуется "новая" теория турбулентности Ирандтля. Выражение для >ямоточной изотермической струи с позышеннш начальным уравнением 'рбулентности имеет вид:

_' . ■ с

Кп^х-т^ , ' . .( 12)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛШОНШОТЕЙИЧЕСКИХ ЗАКРУЧЕННЫХ СТРУЙ

Эксперимент разделен на три части.

В первой части экспериментального исследования определятся личины, характеризующие начальные условия истечения закрученной руи.

Относительное затухание максимальной продольной составляющей абсолетной

сг>

04

йвд®

Ц2

Я/

\\

\\ \ \ \\ \ \\ Д N \\ \...... \\ \\

у \ \ \ N ч ч. К\

\ \ \\ 1 \ \ \ \ 1 ч \ Ч \Ч ч

\ ^ Ч^ V к ^^ \ ч\ \

^ч^ > ' 111

— — \e-tfs

Б-О 3*0.2

Относительное зятух-ание избыточной температуры {4Ап/б~£о ) вдоль оси закрученной охложден-ной струи

Рис. 2

—¿»»О; -^=0,3; ---^=0,5

Во второй части проводится определение параметров аакручен-цой сильноиеиэотервдческой струи, развивающейся в свободном прос ранстве, пру различных начальных условиях истечения.

В третьей - исследуется тепловоздушный режим помещения при вентилировании его объема закрученными сильнонеиэотермическими струями.

Каждому эксперименту предшествует постановка задачи. Планирование эксперимента осуществляется с целью получения максимального объема полезных данных' при. минимальных затратах времени на их обработку и вычисление. Математическая обработка результатов эксперимента состоит в подборе аппроксимирующего выражения'на- ос давании графического анализа опьггных результатов и сопосгавлеиш их с графиками известных функций.

Первая 'часть эксперимента выполняется на аэродинамическом стенде. Для исследования используются насадки = 83 мм с лон; тачными закручивателяии, имеющими б плоских лопаток с об , равным 30°, 40р и 60°. С целью определения влияния <Х на изменен! параметров закрученной струи вдоль среза насадка при различных значениях критерия /С<? проведено измерение скорости и ее составляющих, статического давления и угла наклона вектора скорости.

Полученные значения скорости и ее составляющих соотносятся к.среднерасходовой скорости (1/а ~ ; = _ ¿£¡¡2)>

а значения статического давления_- Линамичоскшу, полученному по среднерасходовой скорости (Р ~ — ; ^ =/~//ъ )• Кривые изменения Р> ¿Лго представлены на'рис.3. Как видно из этого рисунка, распределение всех параметров зависит от сС .

Параметр крутки , которым часто характеризуют закруче] ную струю, не отражает реальной картины закрутки, т.к. не учитывает характер' распределения составляющих скорости и смещения максимумов Што и ¡/¡Р/па друг относительно друга. Этих недостатке лишен параметр степени закрутки $. . Для его нахождения полу-, ченный ряд экспериментальных точек аппроксимируется на ЭВМ поли мом Л- ой степени с дальнейшей подстановкой функций распредели ния 1/}о , ~Щ>а 1 ~Р в известные формулы определения М<зъКо, входящих в А • Зависимость степени закрутки $ от угла установк; лопаток оС представлена на рис,4. Здесь же-для сравнения приведены ^нач^ния конструктивного параметра крутки - ■ с/о к л , -¿„^ ( (У/ - диаметр втулки). Отличие $ от нач

с/о <7

10

Ьззразмерные профили нэ срезе воздухораспределительного' насадка с -..различными

Зависимость степени закрутки£ от угла установки- лапатсх сС

oí = 30° 40° oí = 60°

ооо /е =12000 во« Ле=20000 в a ♦ /if =35000

• ■ ♦ /й =50000

иаат сказываться при оС > 40°.

Вторая часть эксперимента проводится на экспериментальной установке, защищенной авторским' свидетельством № I66519I. Она состоит из воздухораспределительного короба с ТЗНбми, вентилятора постоянного тока, сети цоадухоъодов и модели помещения.

Исследуются струи с параметром В = 0,9; 0,95; 1,0; 1,1; 1,16 и степенью закрутки J = 0,26; 0,46; 0,67; 1,13 ( оС » 20°, 30°, 40°, 60°). Различная степень неизотермнчносги создается за счет изменения тепловой нагрузки ТЭНов, установленных в воздухо-приеыном коробе или в полу модели.

По измеренным значениям продольной составляющей скорости построены профили . ¡4с анализ показывает, что при слабой закрутке ( а 0,26) отсутствуют провалы скорости вблизи среза насадка, хотя подобие наблюдается, начиная с Sab . С ростом врастут провалы скорости на оси, максимумы смещаются к периферии. Расстояние, на котором наблюдается выравнивание профиля, зависит от S ■ Для S а 0,46 оно равно z , для _Г = 0,67 и S 1,13 -'i/^oh. Нагретая закрученная струя I) расширяется и быстро

затухает благодаря двойному эффекту: закрутка плюс нагрев. Проведено сравнение экспериментальных точэк с теоретичзсними кривши по выражению (6). Они согласуются с необходимой точностью, что подтверидает правомерность использования выражений (В.,,11)для практических расчетов.

По профилям ¿Q путем их аппроксимации в функции -J/f) с дальнейшей подстановкой в интегральные выражения найдены значения относительного массового расхода воздух в закрученной снль-нонеизотермической струе. На участка 2 относительный

массовый расход может быть представлен зависимостью

' f (fi-Sj) < 13 )

/

на участке у 1 - зависимостью

< И' )

Площадь струи в рассматриваемом сечении можно рассчитать по следующему выражению

Fcr^ -

Третья часть эксперимента проводится не модели, в объеме которой воспроизводятся тепловоэдушые процессы, протекающие в модуле цеха I класса. Выбрана схема воздухораздачи вертикальной Закрученной струей.

'Задачей дмыой части исследования является экспериментальное определение значений температуры удаляемого воздуха, а таете исследование влияния условий распространения закрученной сильно-неизотермической струи на обеспечение нормируемых параметров в . рабочей зоне и коэффициент воздухообмена Ас . Согласно известным ■ . рекомендациям, для нахождения ¿с. используются величины относительного массового расхода и относительной площади струи. Эти параметры для закрученной сильнонеизотермическсй струи не поддается расчету по известным методикам, а правомерность использования полученных б диссертационной работе выражений (13)... (15) должна быть доказана экспериментальным путей. При этом необходимо срав-; нить значения , найденные по измеренным температурам со значениями Ас , рассчитанным по теоретическим формулам с подстановкой в эти формулы параметров (131...(16). В процессе эксперимента

• последовательно фиксируются значения расходов приточного воздуха

¿о высоты установки воздухораспределителей и теплопос.тупле-

• ния ту тепло пот ери в рабочей зоне модели. При этом в хаащом варианте находятся, температура притока , средняя по площади

■ рабочей зоны .температура и температура удаляемого воздуха "¿ул . Температура г?лз определяется по температурам в узловых точках горизонтальной плоскости на Еысоте рабочей зоны.

Значения /7? и /¿^»находятся из (13;... (15) на расстояниях Х/а'о , соответствующих высотам установки воздухораспределителей е шделй. При этом для сечений, где >0,42, в выражения

(13"*. ., (15^ вносятся коэффициенты, учитывающие стеснение струи. Результаты теоретического расчета и обработки экспериментальных данных для закрученных охлавденннх ( $ -. 1,15) струй представлены на рис.5..Из рисунка видно, что коэффициенты воздухообмена по теоретическим расчетам и результатам эксперимента хорош согласуются. Это доказывает правомочность использования зависимостей (13) >.. (15) для расчета воздухообмена в цехах с теилоизбытками или в цехах с совмещенной системой воздушного отопления.

Из графиков видно, что с ростом коэффициент растет до некоторого максимального значения, а затем начинает падать.

Это происходит из-за влияния стеснения на развитие струи, и более закрученная струя вследствие ее интенсивного расширения испытывает ото влияние раньте, чег менее закрученная.

РАСЧЕТ В03Д/Х0РАСШ>ВДБЛЕШЯ ВЕРТИШЫШИ ЗАКРУЧЕННЫМИ СИЛШ0ЙЕИЗСТЕРЦИЧЕС1ШИ СТРУЯМИ НА ПРИМЕРЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ЦЕХА КУЗНЕЧНОГО ЗАВОДА ТШЛЫХ ШТАШОШ (КЗТШ) Й Г.ЙОДМО '

Термический цех КЭШ в г.Жодино относится к цехам Л класоа, Тепловеделяющее оборудование в пек плотно сосредоточено а центральной части цеха. Расстояние между печами составляет 6 - 8 м, Сетка колон цеха имеет размеры 12x30 м^, ьысота цеха 16,4.м, отметка низа фермы - 12,6 м, имеются подкрановые пути.

Суммарные тепловыделения по данным института "Келпрсыпроект" составляют 9207,4 кВт, теш о пот ери а зимний период 17Ь9,9 кВт, величина солнечной инсоляции - 47,56 кВт; суммарный расход воздуха системами местной вентиляции - 293000 м^/ч,

Существующая система вентиляции, как показали натурные зд» меры, нз обеспечивает нормируемые условия в рабочей зоне цеха. Это происходит как за счет еэниженнсго воздухообмена, так- за счет неудачно выбранного способа воздухораздачи - приколанкюда возду-хораспределигелями НРБ. Расчеты показали, что ни увеличением расхода воздуха в системе, ни изменением количества и месторасположения НРВ достичь требуемых параметров в рабочей зоне не удается.

Расчет воэдухораеиределения закрученными пильнонеизотерии-ческими струями произведен для модуля термического цеха с двумя вентилируемыми участками размерами 9*20 м"* и Вх16 м^. Выбрана вертикальная схема всздухораздачи.

Методика расчета закрученных сильнонеизотермических струй.

I. Исходя у.а конструктивных особенностей цеха выбираем минимальное количество закручивателея определенного типоразмера с максимальной степенью закрутки (для лопаточных - с максимальным оС высоту их установки и расчетную схему. При организации воздухообмена я цехах Л класса проверяем соблюдение условий

1) I &/ю/л --Зх^сХ^Я/г} . расстояние по горизонтали между приточным отверстием н источником теплоты ¿} X -расстояние от плоскости истечения до рабочей зоны;

2) У та л йХ+1..

2. Согласно выбранной схеме находим относительные величины тепловццелений, требуемые для расчета 'коз ффициента__воздухообмена

(в случае вертикальной раздачи - это , в к ).

3. Приняв^* -¿^асп по выражению (V) определяем максимальное значение ИЙ? и температуру притока '¿о

4. Полагая, что ^ » I из уравнения теплового баланса находим расход приточного воздуха , а также относительные величины /к = ; /л/ = и коэффициент

5. Из выражений (13), (Ш с учетом . находим = -т , а из (15) - Рег/. и. = • Если /?5» > 0,5, то для дальнейших расчетов принимаем = 0,5.

6. Рассчитываем -согласно рекомендациям по определению количества приточного воздуха для производственных помещений с »механической вентиляцией. Уточняем ¿о , ¿/у а И находим

/2л • Принимаем среднее значение = Ки^^Ч. и определяем искомое значение /о и Т^ш .

7. Проверяем соответствие выбранной воздухораэдачи■соблюдению нормируемых условий а рабочей зоне ( ¿Лт ^ ¡Гшрм) . Скорость определяем по выражению (6) или с помощью номограмм с заменой Цх/по на . Соотношение ^232. находим по рис.3.

Если Нормируемые условий не соблюдаются, увеличиваем количество закручивагелей, либо изменяем высоту их'установки, или подбираем воздухораспределитель с большим значением , и расчет повторяем, начиная с п.1. Если ¿¿¡/л < 0,6гЙ5»»л* проверяем возможность установки того же количества воздухораспределителей с меньшим д . По выражению (7) определяемому и сравниваем его с допустимым. При соблюдении условия <Г Л¿Асп расчет повторяем, начиная с п.5.

Предложенная схема воздухораэдачи за счет высокого коэффициента К1 и возможности использования низких температур позволяет значительно сократить.расход приточного воздуха, а, следовательно, материалоёмкость и энергопотребление. Высокое значение температуры удаляемого воздуха позволяет утилизировать его теплоту для нагрева притока в полном объеме и отказаться от центра-' лизованных источников теплоснабжения. ■

Для оценки эффективности воздухораэдачи закрученными сильно-неизотермическими струями рассматривались и другие способы, применяемые на практике (подача воздуха непосредственно в рабочую зону панельными воздухораспределителями; вентилирование цеха вер-16

тикальными прямоточными струями; воздухораздача через перфорированные воздуховоды; сосредоточенная воздухораздача и раздача с применением систем с горизонтальными и вертикальными направляющими соплами). Расчеты по применяемым способам показали, что во всех вариантах при максимально-возможном количестве воздухораспределителей нормируемые условия в рабочей зоне не обеспечиваются. Произведенные сравнения и расчеты показывают, что предложенный способ воздухораздачи является не только эффективным для термического цеха К31Ш, но и единственно возможным.

ЗШШШЕ

Аналитическая теория и проведенные экспериментальные исследования позволяют выявить закономерности развития закрученных сильнонеизотермических струй.

Одной из особенностей аналитического исследования является применение теории термодинамики необратимых процессов к рассмотрению закрученной сильнонеизотермической струи и струи, имеющей повышенный начальный уровень турбулентности. Данная теория позволяет изучать сложные пространственные течения, ввделяя из них более простые путем отбрасывания поочередно одной или нескольких степеней свободы. Таким путем найдены коэффициенты массопереноса и константы и ^ .

В результате теоретического и экспериментального исследований получены выражения (6) и (7), характеризующие, соответственно, затухание относительной максимальной продольной составляющей . скорости С/*т,максимальной избыточной температуры вдоль оси , закрученной сильнонеизотермической струи.

Следует также отметить, что в эти выражения входит интегральная характеристика закрученного потока - степень закрутки £ , а не различные конструктивные параметры, применимые к расчету определенного вида воздухораспределителя. В данном смысле разработанная теория универсальна: она позволяет исследовать струи, истекающие из воздухораспределителей лопаточного, улиточного, тангенциального и других типов. Использование параметра неизотермичнос-ти в в упомянутых выражениях дает возможность применять при расчетах относительные величины.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют выявить зависимость неличины угла раскрытия оСа?1Ь/т> ,

длины начального участка Хо и гюлюсниго расстояния Û от степени закрутки J* и параметра неизотермичности ¿9 , что важно . при практических расчетах.

В процессе исследования определены значения степени закрутки для лопаточных воздухораспределителей, а танке выявлена взаимосвязь между параметрами на выходе из эакручиЕателя. Это важно, поскольку полученные решения описывают процессы развития закрученной сильнонеиэотермичеекой струи при условии постоянства начальник условий истечения, к-которым относятся не.только численные значения Шпв , Vf/по i A~éa , но и местоположение этих величин в поперечном сечении устья наседка.

Экспериментальное исследования;, проведенные на установке, защищенной авторским свидетельством № 166519I, позволяют получить профили продольной составляющей абсолютной скорости ¿¡Г в различных сечениях свободной и стесненной закрученных сильнонеизотер-иических струй и определить степень влияния условий распространения струй на обеспечение нормируемых параметров в рабочей зоне и коэффициент воздухообмена' . По профилям определены величины относительного, массового расхода /77 И площади струи . Получение этих flsifflbtк позволяет при проектировании вентиляции подбирать закручивающие устройства и рассчитывать воздухообмен р цехах I и П класса по предложенной методике.

Результаты диссертационной работы в виде методики расчета воздухораспределения вертикальными закрученными сильнонеизотер-мическими струями и рекомендаций по проектированию систем вентиляции внедрены в практику в термическом цехе Кузнечнсго завода тякельк штамповок в г.Жодино. Предложенный способ вентиляции позволил не только обеспечить нормируемые условия в рабочей зоне цеха, но и отказаться or централизованных источников теплоснабжения. Экономия для завода составляет 4V050 Гда/'год (11230 Гкал/год теплоты.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

I. Куновский В.И., Буслаеве К.Э. Исследование осесиммет-, ричноЙ газовой струи с повышенным начальным уровнем турбулент-' ноети // Тезисы докладов Всесоюзного совещания использования природного газа в народном хозяйстве. - Каунас-Вильнюс, 1983. -C.I20-122.

2. Буслаева Н.Э., Куновский В.И. Закрученная неизотермичео-ая газовая струя с повышенным начальным уровнем турбулентности / Тезисы докладов 28-й студенческой научно-технической конвенции студентов вузов Белоруссии, Молдавии, Латвии и Литвы. -п.: -ШИ, 1984. - С.32-34.

3. Куновский В.И.,' Буслаева Н.Э. Изотермическая газовая груя с повышенным начальным уровнем турбулентности // Техника, эхнология, организация и экономика строительства. - Мн.:Вышэй-ая школа, 1985. - Вып. II. - С.7-10.

4. Куновский В.И., Буслаева К.Э. Осесимметричная изотерми-эская газовая струя с повышенным начальным уровнем турбулент-эсти // Техника, технология, организация и экономика строитель-гва.-Мн.¡Вышэйшгя икола, 1985. - Вып.П - С. 10-14.

5. A.c. СССР № 1373997. Воздухораспределитель / Куновский .И., Калиниченко Е.С., Кондибор В.И., Буслаева К.Э., Старове-)в В.М., Б.И. № 6, опубл. 1987 г.

6. Гаркуша Н.Э., Кондибор В.И. К вопросу определения положил вектора скорости в трехмерных потоках // Теплоснабжение вентиляцир аграрно-промышленного комплекса: Сборник научных ?атей. - Ростов-на-Дону: RICH, 1988. - С.44-47,

• 7. Куновский В.И., Гаркуша Н.Э. Экспериментальное исследо-шие воздухораспределительных насадков с различными углами ¡тановки лопаток // Теплоснабжение и вентиляция аграрно-про-I¡пленного комплекса: Сборник научных статей. - Ростов-на-Дону: ;си, 1938. - С.52-60.

8. A.c. № 1479797 (СССР). Воздухораспределитель / Куновский И., Гаркуша К.Э., Б.И. № 18, опубл.'1989 г.

9. Куновский В.И., Гаркуша К.Э, Снижение энергопотребления !нтиляционными системами за счет обеспечения воздухораздачи

,крученными»сильнонеизотермическимя струями // Техника, техно-|гия, организация и экономика строительства.-Мн.:Вышэйшая шко-,, 1990. - Внп.15. - С.57-61..

10. A.c. № I665191 (СССР). Установка для исследования сис-■м вентиляции / Куновский В.И., Гаркуша К.Э., Кондибор В.И,, И. № 27, опубл. 199I г.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

О- - тепловой поток, Вт (ккол/ч); Z - объёмный расход, \?/ч (м^/с); - площадь, м^; /> - плотность, кг/м^; г? -температура, °С (°К); - избыточная температура, °С (°Ю;

Р - давление, МПа(кгс/м^); - скорость, м/с; (У - диаметр, м(мм); X - продольное расстояние от полюса струи, м;

X - продольное расстояние от среза воздухораспределителя, м;

- радиус, поперечное расстояние до оси струи, ы (МЫ);

- угол, рассчитываемый вокруг оси струи.

ИНДЕКСЫ : '

О - начальный, на истечении; ДКА - окружающей среды;

V - гравитационный; Л , А , </> - цилиндрические координаты; /я - максимальное значение; - струи; /7 - пола; РЗ -рабочей зоны; их - удаляемого воздуха; X - конвективный;

СА - средяерасходовый, средний.