Шиляев.Типовые приверы расчета систем.Оторления вентиляции и кондиционирования

Здесь принято, что поверхность жидкости в ванне на 2 ºС ниже температуры жидкости в ее глубине.

2. Находим значение теплопроводности, температуропроводности и кинематической вязкости воздуха по теплофизическим таблицам [31]

(tср) = 2,63 ·10-2 Вт/(м·К), а(tср) = 0,222 ·10-4 м2/c,(tср) = 15,57 ·10-6 м2/c.

3.Характерный геометрический размер l = 1 м. Поправка на высоту борта ванны по формуле (2.190)

Н=1+0,08/1=1,08.

4.Вычисляем парциальное давление насыщенного воздуха

уповерхности жидкости при tп= 33 ºС:

–по теплофизическим таблицам [31]

Рн.п= 5029 Па;

–по формуле [30]

5. Определяем плотность влажного воздуха над поверхностью жидкости из уравнения состояния

ВМс.в Мс.в Мп Pп,

RTп R

где Тп – абсолютная температура у поверхности жидкости, К; R – универсальная газовая постоянная, равная 8314 103 Дж/моль К; ρппар , ρпс.в – плотности сухого воздуха и пара соот-

ветственно, кг/м3; В – барометрическое давление влажного воз-

171

духа, Па; Рс.в – парциальное давление сухого воздуха, Па; Рп – парциальное давление пара, Па; Мс.в , Мп – молекулярные массы сухого воздуха и водяного пара, кг/кмоль.

При Мс.в= 29 кг/кмоль, Мп= 18 кг/кмоль, В = 101325 Па:

щей среды (при определении по I-d-диаграмме влажного воздуха выходим за границы) из выражения для влагосодержания:

172

– число Ломоносова по формуле (2.186)

2,717 109

Lo 0,605.6,7 104 2

– число Прандтля по формуле (2.184)

Pr 15,57 10 6 0,702 . 0,222 10 4

9. Так как Re > 2·104 и Lo < Pr1/3 , то Nu определяем по выражению (2.180):

11. Количество теплоты, отдаваемой поверхностью воды конвекцией, по формуле (2.187) составит:

Qк 7,47 1,2 33 18 134,5 Вт.

12. Количество теплоты, отдаваемой поверхностью воды излучением, по формуле (2.191) составит:

здесь принято спр= 5,6 Вт/м2 · К4, Ψ = 0,9.

13. Общее количество теплоты, отдаваемой поверхностью воды, составит:

Q Qк Qл 134,5 96,6 231,1 Вт .

Пример 2.27. Определение количества испаряющейся впомещениевлагисоткрытойповерхностиванны

Исходные данные

1.Размер ванны b×l = 1,2×1 м.

2.Температура воды в глубине жидкости tж= 35 ºС, уровень

воды находится на глубине h = 0,08 м от кромки.

173

3.Параметры окружающей среды: tв= 18 ºС, = 50 %,

Pб= В = 745 мм рт. ст.

4.Направление потока воздуха вдоль борта ванны длиной

1м, скорость движения воздуха над поверхностью υ = 1м/c.

5.Основные теплофизические параметры и числа подобия принять из примера 2.26.

Порядок расчета

1. Коэффициент диффузии определяется по эмпирическому соотношению

1

Nu 0,03981 0,181 0,6050,5 0,6050,25 6,7 104 0,80,6163 315. 4. Определим коэффициент массообмена

5.Концентрацияводяныхпаров уповерхностиводысоставит:

174

сп 2,16 10 3 5058 3,57 10 2 кг /м3 . 306

6. Концентрация водяных паров в окружающем воздухе

св 2,16 10 3 1050 0,7794 10 2 кг / м3 . 291

7. Определим количество влаги, испаряющейся с поверхности ванны, по выражению (2.188):

W31 1,2 3,57 0,7794 10 2 1,038 кг / ч.

8.Удельная теплота парообразования составит:

r2500 2,38 33 2422 кДжкг.

9.Количествоскрытоготепламожноопределитьизвыражения

Qc 2422 1,038 2514 кДжч или Qс 0,7 кВт.

Пример 2.28. Определение количества воды, испаряющейся с поверхности пола мокрого цеха

Исходные данные

1. Температура воздуха помещения tв= 18 ºС, барометрическое давление Рб= В = 745 мм рт. ст., относительная влажность = 70 %.

2.Площадь пола F = 15×24 = 360 м2.

3.Вода покрывает пол тонким слоем.

Порядок расчета

1. Вода, длительное время находящаяся на полу, принимает температуру мокрого термометра, и процесс испарения воды

175

с пола протекает при постоянстве энтальпии (I = const). По I-d- диаграмме при tв= 18 ºС и = 70 % определяем температуру мокрого термометра, которую принимаем за температуру поверхности жидкости на полу

tп= 15 ºС.

2. Средняя температура составит величину tср= (15+18)/2 = 16,5 ºС.

3.Характерный геометрический размер: l F 360 19 м.

4.Кинематическая вязкость воздуха по теплофизическим таблицам [31]

(tср) = 14,75 ·10-6 м2/c .

5. Парциальное давление насыщенного воздуха у поверхности пола при tп= 15 ºС и = 100 % по I-d-диаграмме

Рн.п= 1694 Па.

Парциальное давление не насыщенного воздуха при tп= 18 ºС и = 70 % по I-d-диаграмме

Рв=1446 Па.

6. Плотность влажного воздуха над поверхностью жидкости составит по формуле (2.194)

353 1694

п288 1,32 10 288 1,218 кг /м .

7.Плотность влажного воздуха над поверхностью жидко-33

сти составит по формуле (2.196) 353 1446

в291 1,32 10 291 1,206 кг / м .

8.Критерий Архимеда по формуле (2.182) будет равен:33

9. Коэффициент диффузии определяется по эмпирическому соотношению (2.197)

176

10. Диффузионное число Прандтля по формуле (2.185) будет равно:

0,08593600

11. Для естественной конвекции при ArPr'= 3·106– 2·108

12. Определим коэффициент массообмена

с 0,08591025 27,9 м/ ч. 16

13. Концентрация водяных паров у поверхности воды по формуле (2.10.24)составит величину

сп 2,16 10 3 1694 1,27 10 2 кг / м3 . 288

14. Концентрация водяных паров в окружающем воздухе по формуле (2.199)

св 2,16 10 3 1446 1,07 10 2 кг /м3 . 291

15. Определим количество влаги, испаряющейся с поверхности мокрого пола, по формуле (2.200)

W27,9 360 1,27 1,07 10 2 3,34 кг / ч .

2.11.Аэрация промышленного здания

Аэрацией называют организованный естественный воздухообмен в помещении. Ее осуществляют через специально предусмотренные регулируемые отверстия в наружных ограждениях с использованием естественных побудителей движения

177

воздуха – гравитационных сил и ветра. Аэрация может обеспечивать весьма интенсивное проветривание помещений.

Учитывая сложность процесса аэрации, практические расчеты ее проводят при определенных допущениях. Основные из этих допущений следующие:

1)тепловой и воздушный режимы помещения считают установившимися во времени;

2)под температурой рабочей зоны понимают среднюю по объему зоны температуру воздуха;

3)изменение температуры по вертикали принимают по линейному или линейно-ступенчатому закону;

4)стеснения конвективных струй над нагретым оборудованием не учитывают;

5)энергию приточных струй не учитывают, считая, что она полностью рассеивается в объеме рабочей зоны;

6)при определении расходов через проемы не учитывают их высоту, пренебрегая изменением разности давлений по вертикали;

7)при составлении баланса воздуха в помещении не учитывают неорганизованный естественный воздухообмен.

В зависимости от удельной теплонапряженности помещения, высоты помещения (здания), температуры наружного воздуха и скорости ветра применяют один из трех вариантов расчета. Основным условием, определяющим вариант расчета, является соотношение между значениями ветрового и гравитационного давлений.

Аэрация под действием только гравитационных сил. Дей-

ствием ветра можно пренебречь, если Pv1 ≤ 0,5HΔρg, т. е. избыточное ветровое давление меньше половины максимального значения гравитационного давления. Здесь Pv1 – ветровое давление на уровне нижнего ряда аэрационных отверстий; Н – расстояние по вертикали между центрами приточных и вытяжных аэрационных отверстий.

Для изолированного помещения, в котором аэрация происходит через открытые проемы, расположенные на одном из

178

фасадов, при любой скорости ветра будет иметь место рассматриваемый случай.

Аэрация под действием только ветра при Pv1 ≥ 10HΔρg.

Этот случай наблюдается в помещениях без тепловыделений (склады химикатов, оборудования, некоторые производственные помещения с влаговыделениями и др.).

Аэрация при совместном действии гравитационных сил и ветра при 0,5HΔρg < Pv1 < 10HΔρg.

Варианты расчета аэрации различаются в основном способом определения расчетных перепадов давлений.

При расчете аэрации возможна прямая или обратная задача (деление на эти две задачи условно).

Прямая задача – определение площади открытых проемов, необходимой для обеспечения аэрации помещения. Эту задачу приходится решать в случае, когда площадь аэрационных проемов заведомо меньше площади остекления, определенной из условия освещения помещения.

При этом обычно задаются значением Р0 (давлением в помещении) и по заданным расходам Lп.a и Ly.a определяют площади аэрационных проемов Fп.a и Fу.а.

Обратная задача – расчет фактического воздухообмена при заданных площадях Fп.a и Fу.а аэрационных приточных и вытяжных отверстий. В цехах, где площадь открывающихся световых проемов недостаточна для организации аэрации, в наружных ограждениях необходимо предусматривать устройство специальных аэрационных проемов. Цель расчета – определение минимальной площади этих проемов. Задачу решают подбором: задаваясь площадями Fп.a и Fy.a, определяют такое значение Р0, при котором осуществляется расчетный воздухообмен.

Для обеспечения устойчивой аэрации при решении как прямой, так и обратной задачи следует выполнять следующую рекомендацию: эквивалентная площадь приточных отверстий ΣFпμп должна превышать эквивалентную площадь вытяжных отверстий ΣFуμу, т. е.

179

где а – коэффициент, равный 1,2–1,3.

Выполнение этого условия предотвращает «опрокидывание» потока в вытяжных отверстиях.

Основные расчетные соотношения и порядок расчета приведены в [30].

Пример 2.29. Расчет аэрации однопролетного промышленного здания

Исходные данные

1. Схема аэрации однопролетного промышленного здания представлена на рис. 2.20.

Рис. 2.20. Вертикальный разрез здания и схема связей помещения с наружным воздухом:

1 и 4 – приточные отверстия, 2 и 3 – вытяжные отверстия, Gмех – дебаланс воздуха, создаваемый вентиляционными системами с механическим побуждением движения воздуха

2.Теплоизбытки Q = 5,3·106 кДж/ч.

3.Расстояние по вертикали между центром приточных

ивытяжных отверстий h = 8,3 м.

180