36
Отличительные признаки основного участка:
1.в любой точке основного участка скорость воздуха меньше его скорости на выходе из выпускного отверстия;
2.максимальное значение имеет осевая скорость;
3.поле скоростей на основном участке неравномерно – по сути весь основной участок представляет собой пограничный слой;
4.границы участка имеют угол раскрытия α ≈ 12º 25´;
5.границы участка BF и CG при их продолжении пересекаются
вточке P, называемой полюсом струи.
4.3.Свободные неизотермические струи
Вреальных системах обеспечения микроклимата, как правило, имеют место неизотермические струи. В системах вентиляции для ассимиляции теплоизбытков применяют приточные струи с температурой меньшей, чем температура воздуха помещения. В системах вентиляции совмещенных с воздушным отоплением наоборот приточный воздух имеет большую температуру.
Характерной особенностью неизотермических струй является криволинейность их траекторий, обусловленная действием сил инерции и гравитационных сил (см. рис.), отклоняющих струю вверх (нагретые струи)
или вниз (охлажденные струи).
Рядом исследователей (В.В. Батурин, Шепелев И.А.) было установлено, что характер движения неизотермических струй (их криволинейность) можно однозначно характеризовать безразмерным комплексом – числом Архимеда
Рис.4.2 Траектории приточной струи
37
(характеризует соотношение сил инерции и гравитационных сил в струе воздуха):
Ar = g |
lo (tо −tокр) |
, |
(4.1) |
||
v2 |
T |
|
|||
|
o |
окр |
|
|
|
где lo – определяющий геометрический размер выпускного отверстия: для круглых отверстий lo = Ro ;
для прямоугольных отверстий lo = Во;
to и tокр – температуры воздуха в начале струи и в окружающем пространстве, оС;
vo – начальная скорость струи, м/с;
Tокр – абсолютная температура окружающего воздуха, К.
Чем больше разность плотностей воздуха в струе и окружающем пространстве и чем меньше начальная скорость, тем больше будет искривление траектории струи и наоборот.
Из экспериментальных исследований известно, что при значении Ar < 0,0005 (слабонеизотермические струи) влияние гравитационных сил незначительно и траектория таких струй практически прямолинейна.
Основные закономерности для нагретой струи, выпущенной под углом к горизонту
Рассмотрим возможные траектории движения струй, выпущенных под углом aо к горизонту (рис.4.3):
-неизотермической (нагретой) (линия ОА);
-изотермической струи (линияOБ).
Из-за различной плотности воздуха в струе и в окружающем воздухе ось струи под действием архимедовой силы изгибается вверх.
На траектории неизотермической струи выберем точку А, в которой скорость на оси потока будет равна voс. В этой точке вектор скорости будет
38
Рис.4.3. Траектория движения нагретой струи, выпущенной под углом к горизонту
иметь угол a к горизонту, отличающийся от угла aо (a >aо), т.к. под действием гравитационных сил нагретые струи отклоняются вверх от первоначальной траектории.
Относительная осевая скорость в точке А будет равна:
,
где vо – средняя по площади скорость воздуха в струе на выходе из отверстия, м/с.
Проекции осевой скорости в точке А на оси координат:
(4.2)
(4.3)
Тогда значение осевой скорости струи в точке А:
(4.4)
Проекции относительной осевой скорости на оси координат:
39
Спроецируем точку А с оси неизотермической струи на ось изотермической струи, получим точку Б, расположенную на расстоянии S от выходного отверстия. Осевую скорость в точке Б обозначим 
а относительную осевую скорость - через 
.
Проекции осевой скорости в точке Б на оси координат:
(4.5)
(4.6)
Тогда значение осевой скорости струи в точке Б:
(4.7)
По аналогии с вышеприведенным проекции относительной осевой скорости:
(4.8)
(4.9)
Сравнивая векторы скоростей и их проекции, можно сделать вывод о том, что горизонтальная проекция осевой скорости в точках А и Б остается
неизменной, а увеличивается только вертикальная. |
|
||
Очевидно, что справедливо равенство |
|
||
|
|
или |
(4.10) |
В направлении оси OY действуют выталкивающая сила Архимеда. |
|
||
Величину скорости |
можно представить в следующем виде: |
|
|
|
|
|
(4.11) |
где |
– проекция вектора осевой скорости изотермической струи |
|
|
|
на ось OY; |
|
|
– скорость, возникающая в результате действия выталкивающей силы Архимеда – подъемная скорость.
Выражение (4.11) можно представить в виде:
.