Главная » Книги и журналы

1 2 3 4 5 6 7 8 ... 25

Ie = Reo при Аго<0,01; Ie = t- 2 P > 0,01; - скорость воздуха по оси струи при х-2 (на расстоянии от щели, равном 2а).

В точке отрыва пограничного слоя интенсивность конвективного теплообмена существенно снижается, коэффициент конвективного теплообмена в этой точке оказывается близким нулю. Поэтому если высота помещения Л>кр, наиболее низкая температура поверхности ограждения оказывается в точке с координатой Хкр. Эту температуру можно приближенно рассчитать, принимая ак=0 и полагая, что здесь имеет место только лучистый теплообмен. Средний коэффициент конвективного теплообмена во всей области до точки отрыва струи достаточно высок и может быть определен из уравнения

Nup-2.10RegGr (1.66)

Выше плоскости отрыва струя отклоняется от ограждения и развивается практически параллельно ограждению. Если поверхность холодного ограждения достаточно велика, то в верхней его части возникает ниспадающий конвективный поток. Встреча струи с ним происходит в точке, в которой их максимальные скорости равны. Осевая скорость приточной струи определяется зависимостью (1.64). Максимальная скорость по оси ниспадающего конвективного потока на расстоянии x*=h-X от верха ограждения

4*==2,33j/ (7cT* = 0.07l/cT*; (1.67)

V*= 0,074 / qx*. (1.67)

Соответствующая ей избыточная температура

..*-= 5,5 ifj~ =0.15

(1.68)

v ,= 0,167\/qItX* (1.68)

Ширина струи в сечении л;* равна ал:* = ОД4л;*, а часовой расход воздуха

L.* - 3600-0,24 1/-4-ст* - 25,92 /ст*; (1.69) V срТв

L.- 27,36/ст*. (1.690

Формулы (1.67), (1.68) позволяют определить подвижность и температуру воздуха в ниспадающей струе вдоль холодного наружного ограждения. На рис. 1.12 показана зависимость Vm,x* и Vm,x* от расстояния х* при различных значениях интенсивности потока тепла от воздуха к поверхности стенки ст[вт/м2, ккaл/(м^ч)].

Приравнивая правые части уравнений (1.64) и (1.67), получим следующее общее уравнение для определения точки встречи восходящей струи Хв с ниспадающим конвективным потоком:

vA - -0,07У ст(/г-хв) ; (1.70)

v,A -0,074/(7ст(/г-д:в). (1.70)

\ а J

Для струй с критерием Аго^О,1, имеющих в начале истечения разгонный участок, при решении уравнения (1.64) следует принимать во внимание скорости воздуха по оси струи после разгонного участка. В этом случае В;:Ои

- - (1.71)

7,03д,

*B=ft-(1.71) о,15ст

где А - определяется по табл. 1.1 для л;>20.

Если Хв>Н, то восходящая струя воздуха достигает верха ограждения; если Xb<0, то ниспадающий поток воздуха достигает низа ограждения; во всех прочих случаях точка встречи занимает промежуточное положение.

Для струй с критерием Аго<0,1, когда разгонный участок в струе отсутствует и величина п<СО, решение уравнения (1.70) проще всего осуществить, используя графики рис. 1.10 и рис. 1.12, подбирая такое значение

Хв, при котором VxVu,x* 46

при слиянии восходящей и ниспадающей струй воздуха образуется общий поток, который может быть направлен нормально к поверхности, вниз или вверх помещения. Смешанный воздух часто достаточно холодный, поэтому нежелательно, чтобы он был направлен вниз. Для этого нужно стремиться, чтобы в точке встре-

чу) Потолок

о,ь

О 2 В в iO i2 П к*м

г					1.........

д Ю 12 1 Х*М

Рис. 1.12. Ниспадающий вдоль наружной стены конвективный поток воздуха (а) и зависимость избыточной температуры (б) и скорости (в) на оси струи от расстояния до потолка при потоке тепла от воздуха к поверхности стены, равном, Вт/м2 (ккал/м2.ч)

7 - 63 (54); 2 - 52 (45); 5 - 42 (36); 4 - 31 (27); 5-21 (18)

чи импульс приточной струи /пр был равен импульсу конвективного ниспадающего потока /к.

Кинематический импульс приточной струи в точке встречи может быть определен из выражения

(1.72)

где Гм.жз рассчитывают по зависимости (1.64).

Для Приточной струи в изотермических условиях np=const, что является выражением факта сохранения

в изотермических струях примерно постоянным начального импульса.

Импульс ниспадающего конвективного потока в точке встречи находится аналогичным образом:

/-0,145о^*х*, (1.73)

в

где V * вычисляют по формуле (1.67), ах* =h-x . в

при теплотехническом расчете крупноразмерных остеклений возникает необходимость найти начальные параметры струи, обеспечивающие заданный температур-но-влажностный режим внутреннего стекла либо решить обратную задачу - определить температурно-влажно-стный режим внутреннего стекла при известных начальных параметрах струи. Обе задачи можно решать с помощью приведенных выше уравнений, таблиц и графиков.

1.5. ОБЩИЙ ТЕПЛООБМЕН В ПОМЕЩЕНИИ

Уравнения общего теплообмена поверхности

Количество тепла, которое воспринимает произвольная поверхность в помещении в результате лучистого и конвективного теплообмена, равно количеству тепла, передаваемого поверхности теплопроводностью [см. уравнение (1.1)].

Поверхности 1 теплопроводностью передается количество тепла Ти равное:

dF,. (1.74)

При средних по площади Fi значениях температурам

ного градиента около поверхности и теплопро-

водности материала внутреннего слоя ограждения Xi

- да

Fi. (1.75)

В стационарных условиях, когда температурный градиент в толще ограждения остается неизменным, уравнение (1.75) удобно записать в виде

Т'б, = >K-cp.i) 1- (1-76)

где КI-коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности ограждения / до внешней среды, температура которой равна fcp.i.

Общее уравнение теплового баланса (1.1) поверхности 1 в помещении с учетом проведенного анализа составляющих в общем виде можно записать так:

f эф, dF - f падл dF, + f а (t, - т ) dF +

Ft Fi F,

dFi=0. (1.77)

Пользуясь осредненными значениями характеристик процесса теплообмена, уравнение теплового баланса поверхности запишем в виде

(эф.-пад,)1 + к.({в 1)-

F,±Q, = 0. (1.78)

пов

где Qi - прочие источники или стоки тепла на поверхности.

Тепловой баланс поверхности 1 в помещении с учетом многократного отражения [см. формулы (1.21), (1.22)] в стационарных условиях определяют двумя уравнениями:

Tzh; 0 -1-3*. (1 - -эф.)+1 к. к - в)+

+ Pi<{b-t,p,)±Q=0; (1.79)

+Tzh:oWi(3*.-ti)=. (1.80)

Слагаемые в уравнениях (1.79) и (1.80) имеют одинаковую структуру записи - составляющие тепловой баланс потоки тепла пропорциональны соответствующим разностям температур, °С. Такая запись уравнений удобна для расчета.

Как было сказано в п. 1.2, при учете многократного отражения расчет значительно усложняется, конечные же результаты почти не изменяются. Поэтому в практических расчетах его, как правило, не учитывают.

4-912 49

в этом случае тепловой баланс поверхности определяется одним уравнением:

S С, b, j (т, - т.) Ф1; + а^ (т, t) F +

В общем теплообмене в помещении может участвовать тепло солнечной радиации, проникающей через лучепрозрачные ограждения. Прямые солнечные лучи нагревают часть внутренних ограждений. Рассеянная радиация попадает на все поверхности. В расчете общего теплообмена допустимо принимать, что прямая и рассеянная радиация, непосредственно проникающая в помещение, равномерно распределяется по всем поверхностям.

Уравнение теплового баланса поверхности с настилающейся неизотермической струей воздуха может быть записано в интегральной форме, учитывающей изменение условий в направлении движения струи, но такая запись осложняет численный расчет. Для численного расчета поверхность удобно разбить на элементарные площадки AFn, в пределах которых осредненные характеристики процесса можно считать неизмененными (см. ниже). Для каждой элементарной площадки поверхности уравнение теплового баланса будет иметь вид (1.81).

Уравнение теплообмена воздуха

В небольших помещениях под влиянием конвективных потоков и вентиляционных струй воздух достаточно хорошо перемешивается, вследствие чего его температуру при расчете теплообмена можно считать постоянной во всем объеме помещения. Осредненную температуру характерных поверхностей также принимают постоянной. Запишем уравнение теплового баланса воздуха в помещении для этого случая:

где ак, г -среднее значение коэффициента конвективного теплообмена на поверхностях; Qb - конвективное тепло, непосредственно передаваемое воздуху помещения.

В величину Qb входит тепло, вносимое воздухом при вентиляции и неорганизованном проветривании помещения, а также конвективное тепло, поступающее от закры-

тых (не выходящих в помещение) поверхностей. Последние не участвуют в лучистом теплообмене в помещении и не входят под знак суммы уравнения (1.82).

Если приточный воздух настилается на поверхность и его температура заметно отличается от температуры воздуха в помещении, что происходит при воздушном

Рис. I. 13. Теплообмен настилающейся на поверхность струи воздуха

а - тепловой баланс элементарных объемов настилающейся струи; б - к расчету теплового баланса воздуха помещения

отоплении или охлаждении помещения, то для определения объема настилающейся неизотермической воздушной струи необходимо составить самостоятельные уравнения теплового баланса. Струю по направлению движения удобно разбить на элементарные объемы в соответствии с разбивкой на элементарные площадки AF омываемой поверхности (рис. 1.13,а). Уравнение теплового баланса для каждого элементарного объема запишем в виде

- Ln (Ф)в tn + о^к.п Ы - tn) Fn = 0, (1.83)

где Lnu - объемные расходы воздуха в струе между элементарными объемами; ALn - объемный расход, который подмешивается к струе из помещения в пределах элементарного объема струи tn, tn-i - средние температуры в пределах элементарных объемов струи; Тп - средняя температура поверхности в пределах элемен-

тарного объема струи п; (ф)в - объемная теплоемкость воздуха; сск.п - средний коэффициент конвективного теплообмена на поверхности AFn в пределах элементарного объема.

Объемный расход воздуха

L,==Ln-x + K (1.84)

поэтому уравнение теплового баланса элементарного объема CTpvH перепишем в виде

1,-1 (гр)з (- + AL Мз (- t) +

+ ak.n{\i-tn)AFn=0. a. 85)

В случае настилающейся струи при составлении уравнения теплового баланса основного объема воздуха в помещении (1.82) нужно исключить составляющую конвективного теплообмена с поверхностью, омываемой струей, и дополнительно учесть тепло, вносимое в помещение последним элементарным объемом к струи (рис. 1.13,6). Расход воздуха в элементарном объеме к струи равен:

и^Мп + и, (1.86)

В общем случае когда температура уходящего из помещения воздуха ух не равна количество тепла, перенесенного массами воздуха, запишем в виде

(Ср)в - 2 Мп {С9)ъ tB - Ц (ф)в tyj, = = (Lk - Lo\ (ср)в (к - в) + 0 (Ср)в (к - ух) =

- Lk (с9)в (к - /в) + Lo (ср)в (в - ух), (I 87)

где 1с ~ количество приточного и удаляемого воздуха.

Уравнение теплового баланса воздуха помещения (1.82) в общем случае имеет вид

2 K.,(-g.- + 2z. Мв(н-м +

+ 2оМв(-ух)± ,0. (1.88)

в сумму первого слагаемого этого уравнения входят все составляющие конвективного теплообмена воздуха помещения с поверхностями (кроме поверхностей, омываемых струями воздуха). Второе и третье слагаемые учитывают струйный теплообмен (вследствие перемешивания масс воздуха) в результате возможной подачи в помещение нескольких неизотермических струй и наличия нескольких отверстий для удаления воздуха.

Если приточный воздух подается в помещение нена-стилающейся (свободной) неизотермической струей, то

уравнения для элементарных объемов будут отличаться от (1.85) отсутствием последнего слагаемого конвективного теплообмена с поверхностью. Для простейших случаев движения свободной ненастилающейся струи в помещении получены обобщенные зависимости [11], и прибегать в расчетах к разбивке струи на элементарные объемы нет необходимости.

Полная система уравнений общего теплообмена

В общем теплообмене в помещении участвуют все поверхности, воздух помещения и воздушные струи. Температурное состояние каждого элемента, участвующего в теплообмене, можно определить решением системы уравнений теплового баланса всех характерных поверхностей, воздуха, а в общем случае и элементарных поверхностей и объемов исстилающихся струй воздуха.

Рассматривая полную физико-математическую задачу о теплообмене в помещении, примем систему уравнений, состоящую из уравнений теплового баланса поверхностей а и элементарных поверхностей б [по (1.79) и (1.80)], объемов струи в [по (1.85)] и воздуха помещения г [по (1.88)] в виде:

+ кЛ [i ~ t.) Fi + < (Т, - ер/) F, ±

+ /rz7:o4.w(v..--~-)-o>

(а) (1.89)

(гр)з (/ ! - t) + AL (ср) (t- g +

+ ак.п Ы - tn) AFn = 0; 2аке (т,- - /в) + 21к (р)в {tii - в) + + 2Lo (р)в (в-Ы ±Qb = 0.

(б) (1.89)

(в) (1.89)

(г) (1.89)

Граничные условия для решения системы обычно заданы в виде температур внешних сред /ср.г, ср.п, начальной температуры U и расхода Lo приточного воздуха, температуры уходящего воздуха и дополнительных источников или стоков тепла Qu Qn и Qb. Искомыми в этом случае являются температуры поверхностей Тг, элементарных поверхностей Тп, элементарных объемов воздуха настилающихся струй tn и воздуха основного объема помещения. В зависимости от цели расчета могут быть и другие сочетания заданных и искомых величин. Системой уравнений (1.89) можно воспользоваться для решения задач по расчету теплообмена при значительной неравномерности распределения температуры по высоте и в плане помещения, что специфично для промышленных зданий. В этом случае весь объем воздуха помещения следует разбить на элементарные объемы, как это было сделано выше для настилающихся струй.

Система в виде (1.89) достаточно сложна. При расчетах общего теплообмена в помещении тепловой баланс отдельных поверхностей обычно допускается записывать не двумя уравнениями (1.79) и (1.80), а одним -вида (1.81). Но и в этом случае система остается сложной. Кроме того, коэффициенты в уравнениях зависят от искомых температур, что делает возможным проведение расчетов только последовательным приближением. Полную систему уравнений общего теплообмена в помещении наиболее удобно решать на электрической аналоговой модели или на ЭВМ. Методика такого расчета рассмотрена ниже.

Упрощенные уравнения общего теплообмена

Для характеристики общей температурной обстановки в помещении достаточно иметь средние значения температуры трех групп поверхностей (нагревающих, охлаждающих и нейтральных) и воздуха. В этом случае для всех поверхностей, относящихся к одной категории, можно составить одно уравнение теплового баланса. В систему уравнений общего теплообмена в помещении войдут уравнения теплового баланса для всех обогревающих поверхностей, для всех поверхностей (нейтральных в тепловом отношении) внутренних ограждений, уравнения для всех теплотеряющих ограждений (охлал^-

1 2 3 4 5 6 7 8 ... 25