Аэродинамика систем вентиляции
Раздел аэродинамики, изучающий закономерности движения воздуха в каналах и воздуховодах систем вентиляции, на базе к-рых разрабатываются и совершенствуются инж. методы расчета систем. Аэродинамич. расчет системы воздуховодов обычно сводится к определению размеров их поперечного сечения (при заданных расходах воздуха), а также потерь давления на отд. участках и в системе в целом. Обратная задача — определение расходов воздуха при заданных размерах воздуховодов и известном перепаде давления в системе. При аэродинамич. расчете воздуховодов систем вентиляции пренебрегают сжимаемостью перемещаемого воздуха, т.к. макс, возможное изменение давления в системе меньше 5% атм. давления. По этой же причине используют избыточное давление, принимая за условный нуль атм. давление на уровне системы. Одна из особенностей систем вентиляции — наличие участков, где избыточное давление меньше нуля. В любом сечении потока воздуха в воздуховоде различают 3 вида давления: статич., динамич. и полное. Статич. определяет потенц. энергию 1 м3 воздуха в рассматриваемом сечении воздуховода; это давление, к-рое испытывают стенки воздуховода. Динамич. давление — это кинетич. энергия потока, отнесенная к 1 м3 воздуха. При средней скорости воздуха в сечении v динамич. давление, Па, равно Р& - рх2а /2, где р — плотность воздуха, кг/мЗ; а — коэфф. Кориолиса. Полное давление равно сумме статич. и динамич. давлений.
Традиц. термин "потеря давления", применяемый при аэродинамич. расчете систем вентиляции, определяющий изменение полного давления воздуха в системе или на участке воздуховода, означает потерю энергии, отнесенную к 1 м потока воздуха. Потеря давления в системе воздуховодов складывается из потерь на трение и в местных сопротивлениях. Потерю на трение на участке воздуховода определяют по ф-ле Дарси-Вейсбаха АРТр-= Атр/Рд/flf, где А Тр — коэфф. сопротивления трения; d — диаметр воздуховода, м; Яд — динамическое давление, Па; / — длина участка, м.
Для расчета воздуховодов и каналов прямоугольного сечения используют эквивалентные диаметры воздуховодов, при к-рых потери давления на трение в круглом и прямоугольном воздуховодах равны. Известны три способа нахождения эквивалентного диаметра: по скорости, по расходу, по площади.
Потеря давления в местных сопротивлениях (местах поворота потока, тройниках при делении или слиянии потоков, изменениях сечения и др.) пропорциональна динамич. давлению в воздуховоде: АРм.с - 2 £ Яд, где 2 £ — сумма коэфф. местного сопротивления рассматриваемого участка воздуховода. Коэфф. местного сопротивления определяет потерю давления в данном местном сопротивлении в долях динамич. давления участка. Обычно 0<£< 10и выше. В тройниках может быть £< 0 как следствие эжекции. Расчет общей потери давления в системе производится лишь после увязки сопротивлений всех ответвлений от магистрали. Этот метод расчета системы вентиляции наз. методом уд. потери полного давления. Существуют и др. методы, напр. учет местных сопротивлений введением эквивалентной по потере давления длины участка (метод эквивалентных длин), замена потери давления по длине эквивалентной потерей в местном сопротивлении (метод эквивалентных сопротивлений), аналогичные методы эквивалентных отверстий и уд.хар-к.
При проектировании, наладке и эксплуатации систем вентиляции необходимы знания закономерностей распределения давления в системе воздуховодов, каналах и вытяжных шахтах. К примеру, в системе вентиляции с механич. побуждением движения воздуха, состоящей из воздуховода с вентилятором, за условный нуль принято атм. давление на уровне оси воздуховода. Избыточное давление на входе и выходе воздуха может быть принято равным нулю.
Особенностями аэродинамики систем вентиляции с естеств. побуждением движения воздуха являются: сравнительно небольшие располагаемые (расчетные) перепады давления, а следовательно, и скорости воздуха; необходимость учета аэростатич. давления воздуха снаружи и внутри каналов. Работа таких систем зависит от конструктивного решения системы и здания, разности плотностей воздуха снаружи и внутри здания, направления и скорости ветра. Однако при выборе конструктивных размеров отд. элементов системы (сечений каналов и шахт, площадей жалюзийных решеток) достаточно провести расчет для случая, когда здание не влияет на работу вентиляции.