Виды воздушных струй

Характер аэродинамики в помещении определяется действием многих факторов, которые в совокупности приводят к образованию турбулентной диффузии. Известно, что турбулентная диффузия в сотни раз интенсивнее молекулярной диффузии, под действием ее происходит распространение вредных выделений по помещению и активный перенос в нем воздушных масс. Главная роль в создании этих процессов принадлежит приточной вентиляции, подающей воздух в помещение в виде различных воздушных струй.

Струя представляет собой поток воздуха, имеющий определенные поперечные размеры и границами которого служит сам воздух. Струи бывают ламинарные и турбулентные. В вентиляции всегда используют турбулентные струи. Когда температура воздуха во всем объеме струи одинакова и равна температуре окружающего воздуха, струю называют изотермической или затопленной. Для вентиляции помещений чаще всего применяют неизотермические струи.

Когда струя не имеет никаких помех для своего полного развития, ее называют свободной. Если же ограждающие конструкции препятствуют такому развитию, то струя становится несвободной или стесненной. При подаче воздуха из насадка вблизи плоскости и параллельно ей струя настилается на плоскость, и в этом случае ее называют настилающейся.

Форма приточного насадка влияет на форму и особенности развития струи. При истечении воздуха из круглых, квадратных и прямоугольных отверстий образуются круглые (компактные) струи. Круглое отверстие создает по всей длине круглую осесимметричную струю. Квадратное или прямоугольное отверстие образует в начале неосесимметричную, а затем круглую осесимметричную струю. При выпуске воздуха из круглого отверстия с диффузором образуется расширенная коническая струя. Истечение воздуха из щелевидного отверстия, имеющего соотношение сторон 1:20 и более, формируется плоская струя, а при истечении из кольцевой щели – кольцевая струя.

Струи бывают закрученные и прерывистого действия. Закрученные струи (круглые) при истечении направляются по спирали вокруг своих осей. Они обладают повышенной турбулентностью, но на создание их требуется большая затрата энергии. Струи прерывистого действия основаны на последовательной подаче порций воздуха через определенные промежутки времени в виде импульсных толчков.

Схема осесиметричной изотермической струи.

а)

б)

Рис. 6.1. Круглая турбулентная струя:

а – схема струи; б – профили начального поля скоростей: 1 – равномерный; 2 – вогнутый; 3 – выпуклый.

Воздух, подаваемый из насадка, образует струю с криволинейными границами, которые с некоторым приближением показаны в виде прямых линий AB и BC, DE и EF. Струю разделяют на начальный участок ABED и основной участок BCEF, а сечение струи BE называют переходным. В выходном сечении насадка поле скоростей бывает равномерным и неравномерным, что зависит от конструкции насадка. Равномерное поле скоростей имеет обычный профиль (рис. 6.1, б, кривая 1), а неравномерное имеет вогнутый или выпуклый профили скоростей (рис. 6.1, б, кривые 2 и 3). При равномерном поле скоростей в объеме конуса AGD начального участка сохраняются начальные параметры истечения: скорость, температура и концентрация вещества. Этот объем начального участка называют ядром постоянных скоростей струи. Следовательно, в начальном участке скорость воздуха по оси струи не изменяется и равна скорости воздуха в выпускном отверстии насадка.

В турбулентной струе частицы воздуха движутся не только вдоль потока, но и совершают поперечные перемещения в виде вихревых масс, которые вовлекают в поток частицы окружающего воздуха. Вследствие этого масса струи по длине растет, диаметр ее увеличивается, а скорость уменьшается.

При продолжении границ основного участка BC и EF они пересекаются в точке M, называемой полюсом струи.

Изменение относительной скорости воздуха в поперечном сечении основного участка струи описывается зависимостью Г. Шлихтинга

, (6.1)

где – относительная скорость воздуха, равная отношению скорости в произвольной точке основного участка струи к скорости на ее оси;

– относительная ордината рассматриваемой точки, равная отношению ее ординаты к ординате границы струи (к полуширине струи).

В пограничных областях ABG и DGE начального участка струи (рис. 6.1, а) относительная скорость также изменяется по зависимости (6.1), но только в этом случае следует принимать

и , (6.2)

где – скорость на выходе струи из насадка, м/с;

– полуширина ядра струи в произвольном сечении , м.

Расчет круглой осесимметричной струи на основном участке производят по формулам табл. 6.1.

Таблица 6.1

Расчетные формулы для круглой струи

Искомая относительная величина	Обозначение величины	Расчетная формула
Радиус струи		(6.3)
Средняя по площади скорость		(6.4)
Осевая скорость		(6.5)
Объемный расход		(6.6)
Избыточная концентрация средняя по расходу		(6.7)