Введение к работе
Актуальность работы
В ходе эксплуатации зданий и сооружений в ограждающих конструкциях возможна конденсация и накопление влаги, вследствие чего снижаются долговечность и теплозащитные свойства материалов конструкции. Распространено конструктивное решение по выведению влаги восходящим потоком воздуха, движущимся в плоских каналах ограждающих конструкций. К таким решениям относятся, в том числе, и вентилируемые фасадные системы. Для проектирования ограждающих конструкций необходим тщательный анализ условий и возможности вывода влаги из конструкции через вентилируемую воздушную прослойку, а также уточнение параметров течения воздуха в вентилируемом канале.
Течение воздуха в вертикальных плоских каналах ограждающих строительных
конструкций можно охарактеризовать как свободноконвективное
(термогравитационное). Воздух, поступая извне в вентилируемый канал, движется за счет естественной тяги, возникающей вследствие разницы температур наружного воздуха и стенок вентилируемого канала. Наличие свободноконвективных течений в элементах строительных конструкций делает актуальными оценки интегральных гидравлических характеристик свободноконвективного потока, и, в первую очередь, средней скорости течения как функции тепловой нагрузки и размеров канала. Воздух в таких задачах рассматривается как вязкая несжимаемая жидкость. По этой причине гидравлические расчеты свободноконвективных течений в каналах технических устройств представляют большой практический интерес.
Цель работы - гидравлический расчет вертикальных плоских каналов ограждающих строительных конструкции, предназначенных для вентилирования внутренних поверхностей в условиях одностороннего обогрева стенки, в режиме свободной (термогравитационной) конвекции. Расчет позволяет определить рациональные размеры канала, такие характеристики течения как среднюю скорость, коэффициент гидравлического трения, корректив количества движения и корректив кинетической энергии, а также интегральные характеристики температурного поля свободноконвективного течения, необходимые для
вычисления гидравлических характеристик потока.
Для достижения цели были решены следующие задачи:
1. Определены поля осредненной скорости и температуры
свободноконвективного течения в гидравлически гладких (Rah =0(104...106))
вертикальных плоских каналов постоянного поперечного сечения в условиях одностороннего обогрева стенки и продольного (безударного) входа потока в канал и свободного истечения из него.
Определены средние по сечению температуры и скорости свободноконвективного течения, коррективы количества движения и кинетической энергии.
Установлено влияния неизотермичности потока на коэффициент гидравлического трения.
Научная новизна представленной работы состоит в применении результатов исследования свободноконвективных течений для определения гидравлических (интегральных) характеристик течения в вертикальных плоских каналах в условиях одностороннего обогрева стенки, продольного (безударного) входа в канал и свободного истечения из него:
1. На основе экспериментальных данных и аналитических оценок получены
выражения для интегральных характеристик свободноконвективных течений в
вертикальном плоском канале с продольным входом в условиях одностороннего
обогрева стенки, применимые в изученном диапазоне значений числа Рэлея
Rah=o(l04...106).
2. Доказана медленная изменяемость коррективов кинетической энергии (а) и
количества движения (а0) по высоте вертикального плоского канала,
свидетельствующая о плавноизменяемости свободноконвективного течения.
Практическая значимость работы заключается в использовании полученных характеристик свободноконвективных течений для расчета рациональных размеров (ширины канала) вертикальных вентилируемых каналов ограждающих строительных конструкций.
Личное участие автора заключается в экспериментальном и теоретическом определении гидравлических характеристик свободноконвективных течений в вертикальных плоских каналах в условиях одностороннего обогрева стенки и
продольным (безударным) входом в канал. На защиту выносятся:
Условия существования свободноконвективного (термогравитационного) течения в вертикальных плоских каналах с односторонним обогревом стенки, продольным (безударным) входом в канал и свободным истечением из него.
Условие связи средней скорости (расхода) в свободноконвективном течении с температурным (тепловым) режимом, Reh =C1A/Rah, где 0^4.22 -постоянная, равномерно применимая в диапазоне чисел Rah =іо4....іоб.
Зависимость для определения коэффициента гидравлического трения
с х= 2 , где с2 =1.97- постоянная.
4. Связь коррективов кинетической энергии (а) и количества движения (а0) с
характеристиками свободноконвективного течения в указанных условиях. Значения коррективов - медленно изменяющиеся по длине канала функции, причем, в указанном диапазоне изменения числа Рэлея, в среднем по длине
канала а^а^.
5. Рекомендации по расчету размеров (ширины) вертикального
вентилируемого канала ограждающих строительных конструкций.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-практических конференциях:
Политехнический симпозиум «Молодые ученые - промышленности Северо-Западного региона», Санкт-Петербург, 2008.
XXXVIII Неделя науки СПбГПУ, Санкт-Петербург, 2009.
67-я Научная конференция профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета, ГОУ «СПбГАСУ», Санкт-Петербург, 2010.
LX Неделя науки СПбГПУ, Санкт-Петербург, 2011.
Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 12 трудах, опубликованных в открытой печати, из них 2 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,
четырех глав, заключения, списка использованных источников. Работа содержит 122 страницы текста, 5 таблиц, 68 рисунков, список источников из 72 наименований.
