Почему местная вытяжная вентиляция эффективней общеобменной? В воздух помещений зданий различного назначения, как правило, поступает какое-то количество вредных выделений (теплоты, влаги, пыли, газов) от работы оборудования и обслуживающего его персонала.
- ГОСТ 12.1.005–88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.- М., 1981.
- ГН 2.2.5.1313–03. Гигиенические нормативы. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.- М., 2003.
- ГН 2.2.5.1314–03. Гигиенические нормативы. Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.- М., 2003.
- СНиП 2.04.05–91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М., 1999.
- СНиП 41-01–2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М., 2004.
- Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции. Изд. 4-е.- М.: «Профиздат», 1990.
- Шепелев И.А. Аэродинамика воздушных потоков в помещении.- М.: «Стройиздат», 1978.
- Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: «Стройиздат», 1979.
- Эльтерман В.М. Вентиляция химических производств. Изд. 3-е.- М.: «Химия», 1980.
- Посохин В.Н. Расчет местных отсосов от теплои газовыделяющего оборудования. - М.: «Машиностроение», 1984.
- Аэродинамические основы аспирации: Монография. И.Н. Логачев, К.И. Логачев.- СПб.: «Химиздат», 2005.
- Вентиляция и отопление цехов машиностроительных предприятий. М.И. Гримитлин, Г.М.Позин, О.Н. Тимофеева и др. - М.: «Машиностроение», 1993.
- Лифшиц Г.Д. Исследование вытяжных факелов местных отсосов методом «особенностей».- Известия ВУЗов. Серия «Строительство и архитектура», №4/1977.
- Лифшиц Г.Д. О расчете всасывающих потоков местных отсосов. - «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад, №4(19)/2005.
- Методические указания по конструированию местных воздухоприемников, встроенных в оборудование для пайки и лужения. Е.М.Эльтерман, Г.М. Позин.- Л.: ВНИИОТ, 1980.
- Позин Г.М. Расчет влияния ограничивающих плоскостей на спектры всасывания. Научные работы институтов охраны труда. - М.: «Профиздат», 1977.
- Вентиляция и кондиционирование воздуха: Справочник проектировщика. Ч. 3, кн. 1, гл. 8. Местные отсосы.- Изд. 4-е.- М.: «Стройиздат», 1992.
- Гримитлин М.И., Позин Г.М. Оценка эффективности вентиляционных систем. Технические испытания и наладка систем вентиляции и кондиционирования воздуха.- Л.: ЛДНТП, 1980.
Как происходит воздухообмен в жилых помещениях?
естественная вентиляция
воздухопроницаемость ограждающих конструкций
Представьте комнату, допустим, 12 м 2 , 32 м 3 . Дверь в комнате есть, но она хорошая и закрыта, стены обычные, панельные или кирпичные, возможно деревянные. Щелей в стенах нет, окна хорошие, отрегулированные. В комнате один человек.
Если окна закрытые, то воздухообмен осуществляется через наружные, а может и внутренние ограждающие конструкции (стены, перекрытия). Если стены деревянные или тонкие, то воздухообмен больше, если бетонные и толстые, то меньше. Это воздухообмена может хватить, т.е концентрация, допустим, углекислого газа, может не выйти за допустимые пределы.
Если выделений больше, например, пять человек в том-же помещении, то концентрация при любых стенах наверняка будет существенно больше нормативной.
окна
Если в условной комнате открыть или приоткрыть окно, то даже если нет ветра, воздухообмен будет большим, обычно в верхней части открытого проёма воздух пойдёт наружу, по нижней части – внутрь помещения. Воздух сменится быстро, но, если снаружи зима, он будет очень холодный. Даже если окно приоткрыто чуть-чуть, так как высота проема велика, воздухообмен будет большим.
Если соответственно увеличить мощность отопления, то всё равно при вентилировании через всё окно трудно избежать сквозняков – потоков переохлажденного по сравнению с окружающим воздухом. Вентиляция открытием всего окна годится только для периодического проветривания.
форточки
Отличие форточки в том, что её высота меньше, чем у окна, поэтому и при полном, и при частичном открытии воздухообмен намного меньше. Ниспадающий холодный воздух может успеть нагреться. Форточка может обеспечить нормальный воздухообмен, в некоторых пределах его можно регулировать.
Но если температура воздуха внутри и снаружи нашей условной комнаты одинакова, и ветра нет, то воздухообмен скорее всего будет меньше нужного.
форточки и вентиляционные каналы в глубине помещения
Это стандартная схема, известная на практике почти всем. Тёплый канал в глубине помещения (санузел, кухня) обеспечивает вытяжку, через форточку поступает приток.
Теоретически должен работать всегда, практически часто не работает на верхних этажах, требует постоянного небольшого притока, при установке плотных окон «лёгкий» приток прекращается, остаётся воздухопроницание стен, его может быть очень мало. Требует открытых или неплотных, подрезанных, дверей.
приточные клапаны
В этой схеме работают разного рода приточные клапаны, «еврофорточки» и т.п. Это усложнённые форточки, с увеличенным сопротивлением.
Если в помещении рассматриваемого типа (канал-форточка) воздухообмен хороший, то замена форточки на клапан возможна, скорее всего воздухообмен уменьшится.
Если воздухообмен с форточкой плохой, то с клапаном он станет ещё хуже, т.е. замена нежелательна.
естественная вытяжная вентиляция
В нашей условной комнате двери хорошие, поэтому ей нужен свой канал для реализации такого типа вентиляции. Если этот канал есть в каждой комнате, если он правильно сделан, то в большинстве случаем в помещениях при открытой форточке обеспечивается нормальный воздухообмен.
естественная приточно-вытяжная вентиляция
Но открытая форточка – это дорога для шума, и некоторых других неудобств.
Приток при естественной вентиляции тоже бывает канальным. Если всё сделано правильно, то это и получается лучшая вентиляция. Расход зависит от конструкции каналов, и может быть большим, если это требуется. Так что считаем, что расход нормальный. Шум не проходит, или проходит очень мало.
При движении по каналу можно организовать некоторый нагрев, охлаждение, очистку и т.п., но всё это только в небольших количествах, так как перепад давлений – движущая сила естественной вентиляции, очень мал.
Так что недостаток один: сильно ограниченная возможность обработки воздуха.
В зависимости от вида вредных выделений используются различные схемы воздухообмена.
В схемах использованы следующие обозначения:
ПК – приточная комната;
Н, П, У – соответственно наружный, приточный и удаляемый воздух;
ВУ – вытяжная установка;
1) Вытяжная канальная вентиляция. (Рис. 3.1.)
Рис. 3.1. Вытяжная система вентиляции.
Вытяжная вентиляция может быть естественной и механической. В жилых зданиях вытяжную вентиляцию организуют в санузлах, ванных комнатах, кухнях, мусоросборных камерах, электрощитовых. В общественных зданиях вытяжную вентиляцию предусматривают из кладовых, курительных, гардеробных и других вспомогательных помещений, из которых нежелательно распространение вредностей и запахов.
2) Приточная канальная вентиляция. (Рис. 3.2.)
Рис. 3.2. Приточная система вентиляции.
Наиболее часто применяется механическая приточная вентиляция. Такая организация воздухообмена используется в вестибюлях, фойе кинотеатров.
3) Приточно-вытяжная прямоточная вентиляция. (Рис. 3.3.)
Рис. 3.3. Приточно-вытяжная система вентиляции.
Применяется в большинстве помещений общественных зданий, а также в производственных помещениях, в которых применение рециркуляции запрещено. Вытяжка может быть естественной или механической. Расход теплоты на подогрев приточного воздуха максимален.
4) Приточно-вытяжная вентиляция с частичной рециркуляцией (Рис. 3.4.)
Рис. 3.4. Приточно-вытяжная система вентиляции с частичной рециркуляцией.
К1 и К2 – регулирующие количество рециркуляционнго воздуха клапаны.
Для экономии теплоты в холодный период на подогрев приточного воздуха используют рециркуляцию. Рециркуляцией называют подмешивание удаляемого воздуха к приточному. Смешение воздуха может происходить до приточной камеры (схема с I рециркуляцией) и после приточной камеры (схема со II рециркуляцией), используют схемы одновременно с I и II рециркуляцией. Частичная рециркуляция применяется в обычных системах вентиляции в рабочее время. Минимальное количество приточного воздуха должно быть не менее санитарной нормы.
5) Приточно-вытяжная система с полной рециркуляцией. (Рис. 3.5.)
Рис. 3.5. Приточно-вытяжная система с полной рециркуляцией.
Применение такой системы вентиляции в нерабочее время позволит значительно снизить расход теплоты для подогрева воздуха.
6) Приточно-вытяжная общеобменная естественная бесканальная вентиляция. (Рис. 3.6.)
Рис. 3.6. Приточно-вытяжная общеобменная бесканальная естественная система вентиляции.
1 – источник теплоты.
Примером такой вентиляции является аэрация промышленных зданий. Аэрация – это организованный естественный воздухообмен, который осуществляется через специально предусмотренные регулируемые отверстия в наружных ограждениях под действием гравитационных сил и энергии ветра.
7) Приточная местная бесканальная вентиляция.
Механическая приточная местная вентиляция может быть реализована с помощью вентиляционных агрегатов, работающих на внутреннем воздухе помещения. Эти системы и используются для душирования рабочих мест. Приточная местная бесканальная вентиляция с естественным побуждением применяется редко. Воздух подается через специально предусмотренные отверстия в наружных ограждениях.
8) Прямоточная приточно-вытяжная система с общеобменным притоком и местной вытяжкой. (Рис. 3.7.)
Рис. 3.7. Прямоточная приточно-вытяжная система вентиляции с общеобменным притоком и местной вытяжкой.
Применяется в производственных помещениях, в которых производительность местных отсосов достаточна для удаления всех вредностей и по нормам проектирования не требуется дополнительная общеобменная вытяжка.
9) Приточно-вытяжная система с местным притоком и общеобменной вытяжкой. (Рис. 3. 8.)
Рис. 3. 8. Приточно-вытяжная система с местным притоком и общеобменной вытяжкой.
Такие системы применяются в помещениях, в которых количество подаваемого приточного воздуха местными приточными системами вентиляции достаточно для разбавления вредностей до предельно допустимых концентраций. В качестве местной приточной установки может использоваться воздушное душирование рабочих мест наружным воздухом, либо, в небольших по объему помещениях, воздушные завесы постоянного действия.
10) Комбинированные системы вентиляции. (Рис. 3.9. и 3.10.)
Рис. 3. 9. Прямоточная приточно-вытяжная система вентиляции с общеобменным притоком и вытяжкой и местным отсосом.
Система вентиляции, представленная на рис. 3. 9. применяется в производственных и общественных зданиях в тех случаях, когда с помощью местного отсоса У2 невозможно удалить все вредности из помещения.
Такие системы могут быть реализованы в горячем цехе ресторана, в лабораториях, в Гальванических, окрасочных цехах и т.д.
Рис. 3.10. Прямоточная приточно-вытяжная система вентиляции с общеобменным притоком и вытяжкой и местным притоком.
Система вентиляции, представленная на рис. 3. 10. используется в горячих цехах, где предусмотрено душирование рабочих мест наружным воздухом, но чистого недостаточно для разбавления всех вредностей, выделяющихся в помещении, либо в помещениях с работающей воздушной завесой, которая предотвращает врывание холодного воздуха через открытый проем.
11) Сплит-системы вентиляции.
Теплоизбытки эти системы удаляют с помощью холодильной машины, состоящей из двух блоков: наружного и внутреннего. В наружном смонтированы: холодильная машина, конденсатор и вентилятор воздушного охлаждения. Во внутреннем – испаритель и вентилятор, обеспечивающий циркуляцию воздуха через испаритель. Подача санитарной нормы воздуха обеспечивается либо устройством специальной приточно-вытяжной системы вентиляции, либо применением частичной рециркуляции. (Рис. 3.11.)
Рис. 3. 11. Сплит-системы вентиляции.
а) сплит-система вентиляции с приточно-вытяжной установкой;
б) Сплит-система вентиляции с частичной рециркуляцией приточного воздуха.
И – испаритель;
Промышленных зданий
Распределение приточного воздуха и удаление воздуха из помещений производственных зданий следует предусматривать с учетом режима использования помещений в течении суток или года, а также с учетом переменных поступлений теплоты, влаги и вредных веществ.
При организации воздухообмена в помещениях промышленных зданий возможно применение следующих схем:
а) «снизу - вверх» - при одновременном выделении тепла и пыли; в этом случае воздух подают в рабочую зону помещения, а удаляют из верхней зоны;
б) «сверху - вниз» - при выделении газов, паров летучих жидкостей (спиртов, ацетона, толуола и т. п.) или пыли, а также при одновременном вы-делении пыли и газов; в этих случаях воздух подают рассредоточено в верх-нюю зону, а удаляют местной вытяжной вентиляцией из рабочей зоны поме-щения и системой общеобменной вентиляции из его нижней зоны (возможно частичное проветривание верхней зоны);
в) «сверху - вверх» - в производственных помещениях при одновре-менном выделении тепла, влаги и сварочного аэрозоля, а также во вспомога-тельных производственных зданиях при борьбе с теплоизбытками; обычно в этих случаях воздух подают в верхнюю зону помещения и удаляют из его верхней зоны;
г) «снизу - вверх и вниз» - в производственных помещениях при выделении паров и газов с различными плотностями и недопустимости их скопления в верхней зоне из-за опасности взрыва или отравления людей (малярные цехи, аккумуляторные и т. д.); в этом случае подачу приточного воздуха осуществляют в рабочую зону, а общеобменную вытяжку - из верхней и нижней зон;
д) «сверху и снизу - вверх» - в помещениях с одновременным выделением тепла и влаги или с выделением только влаги при поступлении пара в воздух помещения через неплотности производственной аппаратуры и коммуникаций, с открытых поверхностей жидкостей в ваннах и со смоченных поверхностей пола; в этих случаях воздух подают в две зоны - рабочую и верхнюю, а удаляют из верхней зоны. При этом для предотвращения туманообразования и капели с потолка приточный воздух, подаваемый в верхнюю зону, несколько перегревают по сравнению с воздухом, подаваемым в рабочую зону;
е) «снизу – вниз» применяется при местной вентиляции.
Приточный воздух следует подавать, как правило, непосредственно в помещение с постоянным пребыванием людей. Приточный воздух следует направлять так, чтобы воздух не поступал через зоны с большим загрязнением и не нарушал работы местных отсосов. Приточный воздух следует подавать на постоянные рабочие места, если они находятся у источников вредных выделений, у которых невозможно устройство местных отсосов.
Удаление воздуха из помещений системами вентиляции следует пре-дусматривать из зон, в которых воздух наиболее загрязнен или имеет наиболее высокую температуру или энтальпию. При выделении пылей и аэрозолей удаление воздуха системами общеобменной вентиляции следует предусматривать из нижней зоны.
В производственных помещениях с выделением вредных или горючих газов или паров следует удалять загрязненный воздух из верхней зоны но не менее однократного воздухообмена в 1ч, а в помещениях высотой более 6м – не менее 6м3/ч на 1м2 помещения.
Расход воздуха через местные отсосы, размещенные в пределах рабочей зоны, следует учитывать как удаление воздуха из этой зоны.
5. Расчёт воздухообмена промышленного здания
Расчёт воздухообмена производится для тёплого и холодного периодов года. Расчёту предшествует расчёт теплопоступлений и теплопотерь, расчёт местных отсосов и систем воздушного душирования.
Исходные данные:
– избытки (недостатки) явного тепла в помещении;
– расчётные параметры наружного и внутреннего воздуха;
– суммарная производительность местных отсосов [кг/ч] (без учёта рециркуляционных систем) (Gм.о);
– суммарная производительность воздушных душей [кг/ч] (без учёта рециркуляционных систем) (Gд);
– температура воздуха на выходе из душирующих патрубков (to);
– габаритные размеры цеха;
– минимальный расход воздуха удаляемого из верхней зоны [кг/ч], (Gв.з.min).
Определяют допустимый способ подачи и удаления воздуха из данного цеха в тёплый и холодный периоды по данным СН 118–68 и намечают расчётную схему организации воздухообмена.
1. Воздухообмен для компенсации местных отсосов и вытяжки из верхней зоны (по «местным отсосам»).
Расчёт ведётся для тёплого и холодного периодов года. Составляют уравнение массового баланса
Принимают Gв.з.min=6
2. Воздухообмен по ассимиляции теплоизбытков.
Составляют уравнения массового и теплового баланса
Расчёт начинают с тёплого периода. В уравнения балансов подставляют соответствующие значения для тёплого периода: Gд, tо, Gм.о., c, tр.з., tух.
Принимают, что наружный воздух подаётся приточными системами без обработки т.е. tпр= tнА и решают уравнения балансов относительно Gпр и Gв.з.. если полученные значения расходов больше нуля, проверяют условия
В случае выполнения условия (1.3) расчёт заканчивается и по найден-ным значениям расходов решается прямая задача аэрации (если она допускается) или рассчитываются приточные и вытяжные системы механической общеобменной вентиляции.
Если в результате расчётов по балансовым уравнениям получено отрицательное значение Gв.з. или условие (1.3) не выполняется, то это означает, что количество избыточного воздуха, которое требуется для компенсации вытяжки, превышает количество воздуха необходимое для ассимиляции теплоизбытков, т.е. (tнА и Gв.з.= Gв.з.min и определяется Gпр и tр.з, которая учитывается в дальнейших расчётах. По полученным Gпр и Gв.з рассчитывается аэрация или механическая вентиляция.
При использовании механических приточных систем, для снижения расчётного воздухообмена возможна обработка воздуха в оросительной секции. В этом случае, как правило, применяют адиабатическое увлажнение.
В холодный период года задаются Gв.з.= Gв.з.min и определяют из уравне-ний баланса tпр. дальнейшие расчёты зависят от полученной величины tпр.
1. Если tпр < tнБ и в цехе в холодный период допустима аэрация, то принимают tпр= tнБ и решают уравнения баланса относительно Gпр и Gв.з, после чего решается прямая задача аэрации.
2. Если tнБ < tпр будет средневзвешенной по расходам т.е.
; (1.4)
. (1.5)
В уравнениях (1.4), (1.5) неизвестны tпрмех, Gпрмех, Gпраэр. Для их решения задаются tпрмех = tр.з. - 5÷10 0С, то применяют механическую приточную вентиляцию и рассчитывают системы по полученным Gпр и Gв.з..
3. Если tпр Если в помещении по условиям СН 118-68 аэрация не допустима в хо-лодный период, то задаются и решая уравнения баланса, находят Gпр, Gв.з..
Вентиляция горячих цехов
В цехах (кузнечных, термических и др.) с избытками явной теплоты (порядка 70-100 Вт) целесообразно устраивать приточную механическую вентиляцию в виде воздушного душирования фиксированных рабочих мест (при облучении более 300 Вт/м2); вытяжную установку в виде бортовых отсосов от оборудования - ванн травильных, закалочных и др.
Недостающий же воздухообмен для ассимиляции избыточной явной теплоты осуществляется общеобменной организованной естественной вентиляцией - аэрацией, при которой подача приточного воздуха в теплый период года осуществляется через створки проемов, размещаемых на высоте 0,5-1 м от пола, и в холодный период года через проемы, расположенные на высоте 4-6 м от пола. Естественная вытяжная вентиляция осуществляется из верхней зоны через вытяжные аэрационные фонари, устраиваемые, как правило, незадуваемыми, с ветрозащитными щитами.
Оценку полноты использования приточного воздуха можно производить по коээффициенту эффективности (воздухообмена)
где tух, tпр, tр.з - соответственно температура воздуха уходящего, приточного и рабочей зоны.
Аварийная вентиляция
Системы аварийной вентиляции устраивают в производственных поме-щениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух больших коли-честв вредных иди взрывоопасных веществ. Производительность аварийной вентиляции определяется расчетом в технологической части проекта или в соответствии с требованиями ведомственных нормативных документов.
Аварийный воздухообмен обеспечивается совместной работой основной (общеобменной и местной) и аварийной вентиляции. В аварийный режим должен быть обеспечен воздухообмен не менее 8 крат/ч по полному внутреннему объему помещения, а в помещениях категорий А, Б и Е - 8-кратный воздухообмен дополнительно к воздухообмену, создаваемому основной вентиляцией.
Совместными действиями вентиляционных устройств концентрация вредностей, попавших в помещение в кратчайшее время, должна быть умень-шена ниже предельно допустимой концентрации (ПДК).
Расчет аварийной вентиляции состоит в определении величины аварий-ного воздухообмена и времени, за которое концентрация вредного вещества должна быть снижена до ПДК с помощью аварийной вентиляции.
Системы аварийной вентиляции в помещениях с производствами категорий А, Б и Е устраиваются с механическим побуждением. Вентиляторы применяются во взрывобезопасном исполнении. В поме-щениях с производствами категорий В, Г и Д допускается применение аварийной вентиляции с естественным побуждением (с проверкой на теплый режим).
Для перемещения взрывоопасных газов следует предусматривать системы аварийной вентиляции с помощью эжекторов. Если для аварийной вентиляции используется одна основная, производительность которой достаточна для аварийного воздухообмена, то для нее следует применять резервный вентилятор с электродвигателем. Резервные вентиляторы должны включаться автоматически при остановке основных.
Для компенсации воздуха, удаляемого аварийной вытяжной вентиляцией, дополнительных приточных систем вентиляции предусматривать не следует.
Аварийная вентиляция, как правило, устраивается вытяжной. Возмеще-ние воздуха, удаляемого вытяжной аварийной вентиляцией, должно предусматриваться преимущественно за счет поступления наружного воздуха. Выбросные устройства аварийной вентиляции не следует располагать в местах постоянного пребывания людей и размещения воздухозаборных устройств приточной вентиляции. Запуск устройств аварийной вентиляции следует проектировать дистанционным у доступных мест как изнутри, так и снаружи помещений.
Местные отсосы, удаляющие вещества 1-го и 2-го классов опасности от технологического оборудования, следует блокировать таким образом, чтобы оно не могло работать при бездействии вытяжной вентиляции.
Похожая информация.
Лекция 15. Цель лекции: изучить физико-математическое описание турбулентных струй.Дать основные принципы подачи и удаления воздуха.
12.1 Основы теории турбулентных струй
Струя газа называется свободной , если она не ограничена твердыми стенками и распространяется в среде тех же физических свойств. Струя, распространяющаяся в потоке, называется затопленной, и если температура струи отличается от температуры среды, то она называется неизотермической, если не отличается, то – изотермической .
12.1.1 Распространение изотермической турбулентной струи
Если из сопла (рисунок 12.1) диаметром d вытекает струя со скоростью больше критической в среду той же температуры при равномерном поле скоростей в выходном сечении сопла, то на поверхности раздела струи со средой возникают вихри, беспорядочно движущиеся вдоль и поперек потока. Между струей и средой происходит обмен конечными массами газа, чем осуществляется поперечный перенос количества движения. Газ из прилегающих слоев окружающей среды увлекается в струю, а самой струи – затормаживается; масса струи и ее ширина увеличиваются, а скорость у границ падает. По мере удаления от сопла это возмущение распространяется на все большее количество слоев окружающего газа. С другой стороны, в струю все глубже проникают частицы окружающего газа, пока не достигают оси струи (точка С). Дальнейшее смешение струи с газом из окружающей среды происходит по всему сечению струи и сопровождается увеличением ее ширины и падением скорости на оси.
Рисунок 12.1
Область смешивания вещества струи с газом из окружающей среды называется турбулентным пограничным слоем или зоной смешения струи. С внешней стороны пограничный слой соприкасается с окружающим газом, образуя границу струи по поверхности, во всех точках которой компонента скорости, параллельная оси затопленной струи, равна нулю, а на границе спутной струи – скорости спутного потока. С внутренней стороны пограничный слой граничит с невозмущенным потенциальным ядром постоянных скоростей струи АВС, в котором скорость равна скорости истечения из сопла.
Сечение струи в точке С, в котором оканчивается невозмущенное ядро, называется переходным; участок до него – начальным , а после него – основным . Точку О пересечения внешних границ струи называют полюсом.
Продольная скорость в потенциальном ядре U о остается постоянной, в связи с постоянным статическим давлением, а поперечная составляющая V 1 =0.
Перестройка кинематической структуры струи происходит на переходном участке, длину которого принимают равной нулю.
В турбулентной струе поперечные составляющие скорости малы по сравнению с продольной и ими в инженерных расчетах пренебрегают.
На начальном участке в невозмущенном ядре скорость постоянна и равна скорости на выходе из сопла, а в пограничном слое скорость падает от этой величины до нуля на границе затопленной струи или до скорости окружающей среды в спутном потоке.
Кривые распределения скоростей в различных сечениях основного участка имеют максимум на оси струи, а по мере удаления от нее скорость падает и у границы становится равной скорости спутного потока или нулю при затопленной струе. По мере удаления от сопла струя становится шире, а профиль скоростей ниже.
В безразмерных координатах профили скоростей в различных сечениях на начальном участке имеют универсальный характер, описываемый формулой:
(12.1)
где Uo , U и U 2 – соответственно скорость в невозмущенном ядре струи, равная скорости истечения из сопла; скорость в произвольной точке пограничного слоя начального участка; скорость спутного потока;
–безразмерная
координата;
b = r 1 - r 2 – ширина пограничного слоя осесимметричной струи;
r 1 и r 2 – радиусы потенциального ядра и наружной границы осесимметричной струи;
у – текущая ордината, отсчитываемая от оси Х, идущей от кромки сопла параллельно оси струи.
В основном участке струи универсальный профиль безразмерной скорости описывается уравнением:
(12.2)
где U m – скорость на оси струи в рассматриваемом сечении (максимальная скорость);
= у/ r – безразмерная координата для осесимметричной струи;
r – радиус поперечного сечения осесимметричной струи в основном участке.
Для определения границ струи необходима характеристика расширения струи, определяемая поперечными пульсациями струи. Установлено, что нарастание ширины зоны смешения затопленной струи имеет линейный закон:
Вз=Сз Х , (12.3)
где Сз – угловой коэффициент расширения зоны смешения затопленной струи;
Х – абсцисса, отсчитываемая от полюса основного участка при истечении газов с равномерным полем скоростей в начальном сечении струи и с обреза сопла – на начальном участке.
Таким образом, продольное сечение затопленной струи ограничено прямыми линиями и при истечении из круглого насадка имеют вид конуса.
