Содержание к диссертации
Введение
Глава первая Анализ современного состояния средств и методов расчета систем воздухораспределения
1.1 Обзор основных способов раздачи приточного воздуха 11
1.2 Теоретические и экспериментальные исследования процесса взаимодействия встречных струй
1.3 Методы расчета систем воздухораспределения 35
1.4 Выводы 48
Глава вторая Численное моделирование воздухораспределения по схеме «снизу - вверх»
2.1 Постановка задачи 50
2.2 Прямое численное моделирование турбулентности 51
2.2.1. моделирование турбулентного потока при постоянной вязкости
2.3 Моделирование турбулентного потока с использованием модели
2.4 Выводы 101
Глава третья Экспериментальное исследование встречно-соосных струй в теплонапряженном помещении небольшой высоты
3.1 Объект исследования 102
3.2 Результаты экспериментальных исследований параметров воздушной среды при нижней подаче приточного воздуха через лункообразный воздухораспределитель
3.3 Аэродинамические характеристики приточного потока 129
3.4 Выводы 135
Глава четвертая Инженерная методика расчета лункообразного воздухораспределителя
4.1 Расчет параметров воздушной среды при нижней подаче приточного воздуха
4.2 Частная методика приближенного расчета 141
4.3 Выводы 152
Основные выводы 154
Список литературы 155
Приложения 168
- Теоретические и экспериментальные исследования процесса взаимодействия встречных струй
- Прямое численное моделирование турбулентности
- Результаты экспериментальных исследований параметров воздушной среды при нижней подаче приточного воздуха через лункообразный воздухораспределитель
- Частная методика приближенного расчета
Введение к работе
Низкая конкурентоспособность российской легкой промышленности во J,N многом обусловлена высокой энергоёмкостью производства, причем наибольшая доля потребления тепловой энергии (около 70%) приходится на системы вентиляции, наиболее энергоемкой частью которых являются системы воздуха распределения. Поэтому разработка и внедрение энергосберегающих мероприятий в этих системах позволит повысить эффективность легкой промышленности. Уменьшить энергоемкость систем воздуха распределения при нижней подаче в помещениях небольшой высоты возможно путем интенсивного смешения приточного воздуха с окружающим за счет увеличения про пускной способности приточного устройства и рабочей разности температур на истечении. При этом важно учитывать влияние начальной турбулентности приточных струй на характер движения вентиляционных потоков в помещении. Решение такой задачи требует натурного и численного моделирования вентиляционных течений.
Математическим моделированием воздушных потоков применительно к вентиляционной технике занимались отечественные и зарубежные авторы Нильсен П., Ханель Б., Поз М.Я., Сычев Д.Л. и другие. Ими рассматривались в основном двухмерные потоки без учета влияния на характер движения приточной струи в вентилируемом помещении начальной турбулентности потока и особенностей конструкции воздухораспределительного устройства (наличие углов, преград). Это обусловило низкую эффективность использования методик расчета и проектирования систем воздуха распределения вследствие значительных расхождений теоретических результатов с данными эксперимента.
Таким образом, для создания энергоэффективных систем воздухораспределения необходима методика расчета, позволяющая на стадии проектирования учитывать особенности формирования приточного воздуха. В на стоящей работе предложена методика расчета процессов тепломассопереноса в воздухораспределительных устройствах сложной конфигурации при нижней подаче приточного воздуха.
Цель работы
Повышение энергоэффективности систем воздуха распределения за счет совершенствования конструкции луикообразного воздухораспределителя на основе исследования процессов аэродинамики и тепломассопереноса в приточной струе и разработка методики их расчета при нижней подаче приточного воздуха.
Основные задачи исследования Для достижения данной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Оценка энергоэффективности современных систем вентиляции промышленных производств и критический анализ методов расчета процессов тепломассообмена воздушных потоков в них.
2. Оценка энергоэффективности применения луикообразного воздухораспределителя на основе экспериментальных исследований процессов тепломассообмена в приточных струях применительно к теплонапряженным помещениям небольшой высоты.
3. Разработка методики расчета трехмерных полей скорости воздушных потоков при нижней подаче приточного воздуха через лункообразный воздухораспределитель путем прямого моделирования турбулентности на основе решения уравнений Навье — Стокса для нестационарных потоков.
4. Разработка методики расчета процессов тепломассопереноса в лун-кообразном воздухораспределителе при подаче приточного воздуха по схеме «снизу - вверх», основанная на численном интегрировании осредненных уравнений гидроаэродинамики турбулентных струйных течений с использованием в качестве замыкающих соотношений дифференциальных уравнений для расчета турбулентной энергии и скорости её диссипации. 5. Создание инженерной методики расчета лункообразного приточного воздухораспределителя, применяемого в схемах воздухообмена «снизу вверх».
Научная новизна
1. Разработана технология подачи приточного воздуха, позволяющая повысить энергоэффективность систем воздухораспределения за счет интенсификации процессов тепломассообмена при смешении приточного воздуха с окружающим.
2. Разработана методика расчета полей скорости приточных струй, генерируемых лункообразным воздухораспределителем при нижней подаче приточного воздуха на основе прямого численного моделирования турбулентности струйных течений при решении уравнений Навье - Стокса.
3. Разработана методика расчета процессов тепломассопереноса в лун-кообразном воздухораспределителе для определения параметров приточной
У струи, генерируемой воздухораспределителем сложной конфигурации при
нижней подаче приточного воздуха, основанная на решении уравнений Рсй-нольдса, замкнутых «к - с»- моделью турбулентности.
4. Получены количественные зависимости гидроаэродинамических и тепломассобменных параметров приточных струй от геометрических размеров лункообразного выпуска.
Основные методы научных исследований
При теоретических исследованиях использовались основные положения гидроаэродинамики и тепломассообмена струйных течений и общепринятые методы математического моделирования. Обработка результатов экс-периментальных исследований выполнена с использованием методов плани-рования эксперимента.
Достоверность результатов
Достоверность результатов и выводов работы обосновывается применением стандартных методов экспериментальных исследований, а также применением общепринятых методов численного моделирования процессов аэродинамики и тепломассоперсноса. Достоверность результатов подтверждена проверкой адекватности математических моделей, разработанных в диссертации, физическим процессам, протекающих в конкретных воздухораспределительных устройствах.
Практическая ценность работы
1. Разработана технология подачи приточного воздуха в производственные помещения, позволяющая снизить расход энергии на системы вентиляции за счет интенсификации процессов тепломассообмена при смешении приточного воздуха с окружающим.
2. Разработана инженерная методика расчета гидроаэродинамических и тепломассообменных параметров воздушных потоков в системах вентиляции, позволяющая подбирать оптимальные размеры лункообразного воздухораспределителя для обеспечения заданных параметров воздушной среды в производственных помещениях.
3. Создан пакет прикладных программ для расчета процессов гидроаэродинамики и тепломассобмена в системах вентиляции при различных условиях формирования приточной струи через лункообразный воздухораспределитель при нижней подаче приточного воздуха.
4. Материалы диссертации используются в учебном процессе для выполнения курсовых и дипломных проектов по проектированию и расчету систем вентиляции в Ивановской Государственной архитектурно — строительной академии.
Реализация результатов работы
Инженерная методика расчета лункообразного воздухораспределителя и пакет прикладных проірамм для расчета гидроаэродинамических и тепломассообменных параметров воздушных потоков, разработанные в диссертации, используются в институте Ивановопромгражданпроект при проектиро ванни новых и модернизации действующих систем вентиляции в производственных помещениях.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Обоснование энергоэффективности разработанной технологии нижней подачи приточного воздуха в технологическую зону через лункообраз лый воздухораспределитель в теплонапряженные цеха промышленных производств.
2. Методика расчета гидроаэродинамических параметров воздушного потока при нижней подаче приточного воздуха на основе прямого численного моделирования турбулентности струйных течений путем численного решения уравнений Навье —Стокса.
3. Методика расчета процессов тепломассопереноса в приточной струе, генерируемой лункообразиым воздухораспределителем на основе решения уравнений Рейнольдса, замкнутых двухпарамстрической - моделью турбулентности.
4. Инженерная методика расчета конструктивных размеров лункооб-разного воздухораспределителя при нижней подаче приточного воздуха, обеспечивающих минимальные энергозатраты затраты на системы вентиляции при соблюдении регламентируемых параметров воздушной среды.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на IX и X международной конференции «Информационная среда вуза» (Иваново ИГАСА 2002 г., 2003г.), научных семинарах кафедр ГвиВ и ТГВ ИГА-СА.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 119 наименований и 3 приложений. Основной материал изложен на 164 страницах машинописного текста. Работа содержит 42 иллюстрации, 5 таблиц. Общий объем работы составляет 172 страниц.
Теоретические и экспериментальные исследования процесса взаимодействия встречных струй
Поскольку все течения воздуха, возникающие в помещении под действием приточных и конвективных струй, турбулентны, то происходящие процессы перемешивания и теплоообмена обусловлены турбулентным характером движения. Очевидно, что приточные струи оказывают влияние на формирование общей картины циркуляции воздушных потоков в помещении.
Турбулентный перенос в струях можно условно разделить на два уровня. Первый - перенос мелкомасштабных вихрей, то есть градиентная диффузия, движущей силой которой является поперечный градиент скорости. Второй - объемная диффузия, заключающаяся в переносе крупномасштабных вихрей. За счет переноса и дробления вихрей происходит переход кинетической энергии потока в тепловую [14]. Перенос крупномасштабных вихрей связан с переносом теплоты и вещества. Взаимодействие этих двух уровней усложняет процесс изучения и описания турбулентности. Аэродинамические характеристики турбулентных течений можно изменять за счет активного воздействия на параметры потока. Такое воздействие может быть осуществлено за счет изменения конструкции приточного устройства или начальной интенсивности турбулентности течения.
Влияние начальной турбулентности на развитие приточных струй отмечено в работе Гиневского А.С. [25] . У приточных струй с разномерным профилем скоростей начальная интенсивность турбулентности CQ В начальном сечении не превышает 1,5-2%. Длина начального участка с ростом начальной турбулентности потока уменьшается. Это явление наблюдается при Е0 «3-5%, а при с0 «20% начальный участок полностью исчезает, а резкое падение скорости наблюдается вблизи выходного сечения сопла. С увеличением о изменяется ширина струи, расход и кинетическая энергия потока.
Согласно работе [31] начальная интенсивность турбулентности оказывает существенное влияние на развитие приточных струй. С увеличением интенсивности турбулентности уменьшаются скоростной коэффициент воздухораспределителя и дальнобойность струи .
Эффект соударения встречных струй увеличивает интенсивность турбулентности приточных струй. Поэтому при решении вопросов воздухораспре деления в помещениях небольшой высоты при нижней подаче приточного воздуха целесообразно использовать эффект встречных струй.
Процесс взаимодействия встречных струй, сформировавшихся в возду хораспределителе типа ВЛК, рассмотрен в работе [102]. Для равномерного выхода воздуха по высоте воздухораспределителя установлена насадка в ви де усеченной пирамиды. В результирующей струе автор выделяет три участ ка: два участка формирования и основной участок. Согласно работе [102] протяженность первого участка формирования составляет 36жв. d31CB = 1,13 /fo а этом участке происходит слияние струек, сформирован ных отдельными лунками. На втором участке формирования происходит дальнейшее формирование струи с повышенной интенсивностью турбулент ности. Протяженность этого участка от 3dDKS до 3DDKB, 3D3KB = M3"vFn3K.c. ег0 длина определяется суммарной площадью выпускных отверстий панели воздухораспределителя (FVc.) На основном участке интенсивность турбулентности результирующей струи ниже, чем на втором, но выше, чем у свободной струи. Благодаря эффекту соударения встречных струй в лунках угол раскрытия результирующей струи на основном участке составляет 20 . Применение лункообразных воздухораспределителей сокращает воздухообмен на 20-30 % без ухудшения микроклимата помещений [103].
Впервые интенсивный эффект гашения энергии при взаимодействии двух встречных струй экспериментально установлен Поповым Н.С. [75]. Мохов С.А.[68] экспериментально обнаружил, что при соударении потоков наблюдается пульсация скоростей в соединенном потоке. Исследованию встречных струй в области гидротехники посвящена работа [67], автор которой экспериментально установил, что эффект гашения энергии в суммарном потоке зависит от кинетической энергии потоков до соударения и от соотношения расходов во встречных потоках. Потери энергии в суммарном потоке могут достигать 70%. Наибольший эффект гашения энергии суммарного потока наблюдается при больших кинетических энергиях потоков до соударения и при примерно равных расходах.
Процесс взаимодействия двух струй, вытекающих из двух круглых насадков одинакового диаметра, рассмотрен в работе [65]. В результирующей струе, образованной в результате соударения двух потоков выявлены три участка: начальный, переходный и основной. Протяженность формирования начального участка определяется как расстояние от места среза между насадками до места соприкосновения струй. Переходный участок формируется от места соприкосновения струй до расстояния, где соотношение ширины в горизонтальной b и в вертикальной h плоскости равно единице b/h=l. Далее идет формирование основного участка, где струя представляет собой оди ночную свободную струю. Направление движения результирующей струи Миткалинный В.И. [65] определял из параллелограмма векторов количества движения встречных струй. Исследования автора подтвердили, что темп затухания результирующей струи значительно больше, по сравнению со свободной струей. Экспериментально Миткалинный В.И. установил, что дальнобойность результирующей струи уменьшается с увеличением угла встречи соударяющихся струй.
Исследования лункообразного приточного выпуска [51, 53] выявили интенсивный темп затухания результирующей струи и большой угол раскрытия. Структура результирующей струи и коэффициент местного сопротивления меняются в зависимости от соотношения сторон прямоугольного отверстия лункообразного воздухораспределителя. При всех формах лунки приточная струя обладает более интенсивным затуханием скоростей, чем избыточных температур. Интенсивный темп затухания результирующей струи Авдеева Т.П. [61] объясняет следующим образом: «В зоне соударения встречных струй происходит пульсация, резкое падение начальных скоростей и всей результирующей струи. Явление пульсации объясняется проникновением одной струи в другую, что приводит к интенсивному затуханию результирующей струи». У воздухораспределителей, формирующих результирующие струи, коэффициент местного сопротивления меньше, чем у других конструкций воздухораспределителей. С увеличением высоты щели и расстояния между встречными струями изменяется структура результирующего потока [3, 4]. Профиль приточной струи нельзя рассматривать как универсальный.
Прямое численное моделирование турбулентности
Как уже отмечалось выше, можно выделить два основных подхода к численному моделированию процессов газодинамики, описываемых уравнениями Навье - Стокса. Один подход связан с прямым численным решением системы уравнений в частных производных без использования каких-либо гипотез о характере турбулентности [99,11]. Другой подход [59,60,77] состоит в учете энергии турбулентных пульсаций и диссипации энергии турбулентного движения в форме тех или иных гипотез замыкания уравнений О. Рейнольдса, полученных путем осреднения исходных уравнений в форме Навье — Стокса. В настоящее время идет интенсивное развитие обоих подходов, причем этот процесс еще далек от завершения. Другими словами, состояние теории численного моделирования газодинамики таково, что методик, пригод ных для достаточно широкого круга задач (универсальных методик) фактически не существует, и каждую отдельную задачу приходится решать, опираясь на результаты натурного и численного экспериментов. В связи с этим в данной работе предпринята попытка применения обеих указанных методик, с целью выявления наиболее эффективных способов расчета. Прямое численное моделирование используется обычно для учета всех масштабов вихрей. Самый крупный масштаб L определяется размером расчетной области, а самый мелкий - «колмогоровским» масштабом к.
Принимая характерный масштаб скорости У0=5м/с, характерный размер области L=1M, кинематическую вязкость воздуха v = 0,15-10 м2/с, получаем, что Re = 3,3-I04. Отношение масштабов LjtK определяет средний уровень дискретизации п по одной из координат. В результате оказывается, что « «104. Следует оговориться, что данная оценка носит завышенный характер, поскольку предусматривает простейшие схемы аппроксимации исходных уравнений разностными схемами первого порядка. Если принимать схемы более высокого порядка, можно существенно сократить объемы оперативной памяти и время вычислений. Однако разностные схемы повышенной точности сложны при программировании. Обычно ограничиваются схемами не выше второго порядка. Возможности современных компьютеров пока недостаточны для реализации моделей такой размерности, если пытаться решать уравнения без учета физической специфики задачи. Необходимо учесть, что в так называемом инерционном интервале энергии вихревого движения, т.е. для вихрей масштаба много больше к, перенос энергии происходит практически без влияния вязкости, путем постепенного разрушения вихрей (каскадный процесс). Инерционный интервал соответствует большим значениям чисел Рейнольдса, причем изменение Рейнольдса в диапазоне больших значений не оказывает существенного влияния на картину распределения скоростей. Поэтому величину критерия Re можно снизить до приемлемых с точки зрения реализуемости значений. Погрешность при этом может возникать за счет неправильного учета вихревой структуры у твердых границ (стенок). Здесь возможны два подхода: либо использовать переменную вязкость, резко увеличивая ее при приближении к стенке, либо использовать неравномерную разностную схему, резко «сгущая» ее вблизи границ. Последний прием при использовании явных схем численного интегрирования может привести к значительному увеличению времени счета. Кроме того, на границах областей с различными шагами сетки могут появиться дополнительные осцилляции скорости. С другой стороны, при моделировании вязкости и диссипации вблизи стенок так же возникают погрешности, характер которых трудно заранее оценить без привлечения экспериментальных данных.
При прямом численном решении уравнений Навье -Стокса и использовании заниженных значений Re следует учитывать, что схемная вязкость, возникающая при аппроксимации конвективных членов разностными схемами первого порядка, может значительно превышать молекулярную вязкость, что равносильно соответствующему уменьшению чисел Рейнольдса. Однако при этом следует иметь в виду, что схемная вязкость зависит от значения скоростей вблизи данной точки (узла), и, следовательно, имеет переменный по пространству характер. Поэтому для стабилизации вычислительного процесса и достижения хотя бы приближенной адекватности необходимо в тех областях, где могут существовать крупномасштабные вихревые системы (градиенты скорости малы), использовать примерно постоянные значения Re. Условие (2.4) принято в силу того, что число Маха М = Г0/а, где а - скорость звука, \\- начальное распределение скорости, значительно меньше единицы [60].
В уравнении (2.3) V- вектор скорости, нормированной на Г0 =5 + \0м/с; Уравнения (2.3) и (2.4) описывают нестационарный процесс. Распределение скоростей при стационарном режиме течения может быть получено, как предел нестационарного процесса. Процесс установления стационарного режима заканчивается, когда колебания скоростей и давления будут меньше заданного уровня.
Область, в которой находится решение системы (2.3), (2.4), является неограниченной. Она замыкается границей (плоскостью) z = z3 (рис. 2), на которой давление считается равным Р0 плоскостью х ±х3у которая удалена от выпуска на расстояние, при котором расчетные величины, V,P,можно считать слабо меняющимися, а так же плоскостью у = ±уг (рис. 2), на которой задается условие симметрии. На твердых стенках ставятся условия «прилипания» для скорости, а также граничные условия для давления следующие из уравнения (2.3). Распределение скоростей на входе выпуска задается исходя из известных характеристик воздуховода.
Результаты экспериментальных исследований параметров воздушной среды при нижней подаче приточного воздуха через лункообразный воздухораспределитель
Циркуляция воздушных потоков в помещении обеспечивается приточными, конвективными струями и потоками воздуха от вращающегося оборудования. В реальных условиях на процесс развития приточных и конвективных струй оказывают влияние размеры производственного помещения, наличие технологического оборудования и расположение источников теплоты. Внутренние ограждения здания и техническое оборудование препятствуют процессу формирования и развития приточных и конвективных струй. Доминирующей вредностью в трикотажном производстве являются теплоизбытки от вязальных автоматов. На опытном участке малогабаритные источники теплоты были расположены равномерно по площади помещения.
Для эффективной ассимиляции вредных примесей в помещении воздух должен проходить максимально длинный путь от приточных до вытяжных устройств [24]. Поэтому нижняя подача приточного воздуха в технологическую зону производственного помещения в условиях помещения трикотажного производства энергетически целесообразна. При предлагаемом способе подачи приточного воздуха образуется «вытесняющая» система вентиляции (рис. 3.6).
Для создания эффекта «вытесняющей» вентиляции приточный воздух подается в помещение с температурой ниже, чем температура воздуха в по мещении. Подаваемый воздух постепенно нагревается по мере движения по рабочей зоне, и на отметке 2,5 метра температура воздуха составляет в среднем 25С.
При данном способе подачи объем помещения условно можно разделить на две зоны: верхнюю и нижнюю. При нижней подаче приточного воздуха необходимо использовать отдельные уравнения теплового баланса для верхней и нижней зоны производственного помещения [61].
Верхняя зона характеризуется наличием рециркуляционных потоков, которые обеспечивают перемешивание воздушных масс. В нижней зоне рециркуляция воздушных потоков практически отсутствует. Для избежания перемешивания воздушных потоков в нижней зоне необходимо не допустить проникновение приточных струй в рабочую зону производственного помещения, т.е. необходимо использовать струи, дальнобойность которых не превышает высоту рабочей зоны. Интенсивный темп затухания приточной струи, генерируемой лункообразным выпуском, обеспечивает снижение температуры воздуха в рабочей зоне. Поэтому циркуляция воздуха в помещении в данном случае может, в значительной степени, определятся конвективными источниками.
В производственных помещениях фактически образуются только стесненные конвективные струи. Как уже отмечалось выше, в трикотажном помещении источником образования конвективных течений являются вязальные автоматы. В приходную часть теплового баланса машины входят потоки, которые вносят тепло в машину и выделяются в самой машине, в расходную - потоки, которые уносят теплоту из машины. Как показали исследования, теплота от нагретой поверхности передается окружающему воздуху, который поднимается вверх. Происходит формирование конвективного потока, который отводит часть теплоты в верхнюю зону помещения.
Стесненная конвективная струя имеет следующие участки [24]: начальный I, свободного расширения II, стесненного расширения III, возникающего вследствие удара струи о внутренние поверхности. Периферийные части участка стесненного расширения, охлаждаясь о внутренние поверхности, образуют нисходящие рециркуляционные потоки IV и застойные зоны V. Рециркуляционные потоки вносят в рабочую зону вредные примеси, содержащиеся в конвективной струе.
При наличии нескольких источников теплоты и одного вытя:кного отверстия наблюдается смешение конвективных струіі в одну с5щу:с, :то увеличивает объем загрязненного внутреннего воздуха в помещении. Для обеспечения равномерного распределения параметров воздушной среды по рабочей зоне необходимо увеличивать количество приточного воздуха, что приводит к увеличению мощности вентиляционного оборудования.
Для того, чтобы свести к минимуму циркуляцию конвективных потоков при производстве трикотажных изделий, в цехе организован централизованный пневмоотсос непосредственно у вязальных машин, который отводит часть теплоты из нижней зоны помещения и позволяет сократить объем подаваемого приточного воздуха.
Системы воздухораспределения должны обеспечить температуру и влажность окружающей среды, необходимые для регулирования физических свойств трикотажных изделий. Для сведения к минимуму статического электричества при обработке трикотажного сырья необходимо обеспечить относительную влажность воздушной среды в помещении более 55%. Поэтому, требуемые по технологическим условиям параметры воздушной среды целесообразно поддерживать, прежде всего, в технологической зоне. При этом отпадает необходимость создавать высокую относительную влажность по всему объему помещения.
При нижней подаче приточного воздуха в технологическую зону производственного помещения подаваемый воздух не успевает загрязниться и снижает тепловую радиацию в рабочей зоне помещения за счет снижения температуры поверхности машин. Большие скорости воздуха в рабочей зоне помещения нарушают качественное протекание технологического процесса. Так как температурные колебания приводят к подвижности воздушной среды, то важным условием качественного протекания технологического процесса является поддержание заданной температуры по всей площади рабочей зоны. В процессе проведения эксперимента в производственном помещении расход подаваемого в цех воздуха менялся от 12000.«Уч до 26G00.U3/4, и было обнаружено, что качественное протекание технологического процесса нару ,jf шается при скорости 0,5 0,6м/с в районе технологического оборудования.
Под сильным потоком воздуха начинают колебаться и запутываться нити на вязальных автоматах, что приводит к браку выпускаемой продукции. При скорости воздушной среды 0,2м/с технологический процесс не нарушался. Высокие скорости воздуха в рабочей зоне вызывают также жалобы работниц на ощущения сквозняка.
Частная методика приближенного расчета
На аэродинамические и тепловые характеристики приточного факела существенное влияние оказывают геометрические размеры лункообразного приточного выпуска (глубина, длина, ширина), и начальные параметры приточной струи (начальная скорость и температура ...). Основные характеристики воздушного потока определялись, используя теоретические данные, полученные в результате численного моделирования вентиляционных течений. На основе аппроксимации экспериментальных данных получены аналитические зависимости, позволяющие определять распределение скоростей и избыточных температур в любой точке воздушной среды над поверхностью воздуховода при различных геометрических размерах выпуска и начальных параметрах приточного воздуха (скорости и температуры). Для обработки полученных результатов использовались основные положения теории приближения, в частности метод наименьших квадратов.
Из этих графиков видно, что в определенных размерах изменение размеров выходного отверстия выпуска данные кривые можно аппроксимировать линейными функциями. На самом деле они являются частями гиперболы, что очевидно из физических соображений, однако кривизна на представленных участках проявляется слабо. Линейные зависимости в форме (4.6), (4.7), (4.8), (4.9) дают возможность сравнительно просто определять неизвестные коэффициенты.
Допустим в формуле (4.5) ж = 0, ,у = 0, z = z,, т. е. получим координаты точки 1, рис. 4.3,4.4. Тогда из формулы (4.6) при основных размерах выходного отверстия х, =д-0,, у, =. „,, zn =zm и основной (заданной) средней скорости, т.е. при V0i = о» имеем, что АГ0 = V0. Точно также можно установить, что кх - кх0, ку куо , Kz - к,0 , т,е. VQ, fCx0, ку0 , Л"-0 - значение коэффициентов к0, кх t к:у 9 KZ в формуле (4.6) в основном (номинальном) режиме.
1. Разработана методика расчета, на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований для быстрых оперативных оценок, позволяющая при заданных начальных условиях формирования приточного потока (размерах лункообразного воздухораспределителя, скорости и температуры приточного воздуха) определять параметры воздушной среды в рабочей и технологической зоне производственного помещения.
2. Теоретические и экспериментальные исследования, результаты которых приведены во второй и третьей главе позволили разработать упрощенную методику расчета полей скорости и температур применительно к нижней подачи приточного воздуха, через лункообраз-ный воздухораспределитель.
3. Параметры воздушной среды в рабочей зоне производственного помещения определяются главным образом величиной воздушного потока, точнее, горизонтальной составляющей этого потока.
4. При расчетах систем воздухораспределения данная методика позволяет путем подбора сторон лункообразного воздухораспределительного устройства создать требуемые параметры в рабочей и технологической зоне производственного помещения.
Получена удовлетворительная сходимость зависимостей для расчета поля скоростей (4.5), и температур (4.12) с экспериментальными данными, полученными в натурных условиях.
1. Выполнен критический анализ теории и практики вентилирования теплонапряженных цехов производственных предприятий, показавший, что для снижения энергозатрат в системах вентиляции необходимо: - разработать технологию нижней подачи воздуха в технологическую зону через лункообразный воздухораспределитель; - разработать инженерную методику расчета конструктивных параметров лункообразного воздухораспределителя, как основу проектирования энергоэффективных систем вентиляции.
2. Разработана технология нижней подачи воздуха в технологическую зону производственных помещений, позволяющая снизить энергозатраты на системы вентиляции за счет интенсификации процессов тепломассобмена при смешении приточного воздуха с окружающим.
3. Выполнен комплекс экспериментальных исследований гидроаэродинамических и тепломассообменных параметров воздушной среды в вентилируемом помещении, результаты которого показали высокую энергоэффективность применения лункообразного воздухораспределителя в теплонапряженных цехах при нижней подаче приточного воздуха. Экспериментальные данные используются для идентификации основных параметров математических моделей расчета процессов тепломассобмена в системах воздухорас-пределения.
4. Разработаны две методики расчета гидроаэродинамических и теп-ломассоменных параметров воздушных потоков при подаче их через лунко-образные воздухораспределители при нижней подаче приточного воздуха, на основе прямого численного моделирования турбулентности и с использованием осредпенных уравнений, замкнутых двухпараметрической моделью турбулентности. Предложенные методики адекватно описывают процессы тепломассопсрсноса, происходящие в лункообразном воздухораспределителе с учетом начальной турбулентности потока.
5. Разработан пакет прикладных программ, включающий в себя: - программу прямого численного моделирования турбулентности, позволяющую рассчитывать гидроаэродинамические параметры воздушного потока; - программу численного решения уравнений Рейнольдса, замкнутых «к - є»- - моделью турбулентности, позволяющую рассчитывать процессы тепломассопереноса в вентиляционных потоках.
6. Полученные теоретические результаты позволяют объяснить причи ны интенсивного гашения приточной струи, генерируемой лункообразным воздухораспределителем. Установлено, что роль турбулентности в гашении приточной струи в известных работах обычно сильно завышена.
7. Разработана инженерная методика расчета гидроаэродинамических "f и тепломассообменных параметров воздушных потоков на основе аппрокси мации экспериментальных данных и результатов численного моделирования, позволяющая рассчитывать оптимальные конструктивные размеры лункооб разного воздухораспределителя для создания требуемых параметров воздушной среды по объему производственного помещения.
