Автореферат диссертации (Повышение эффективности работы системы естественной вентиляции при формировании теплового движения воздуха), страница 3

На Рисунке 3 представленалгоритм решения внутренней задачи свободной конвекции в системе вентиляциис тепловым побуждением движения воздуха на основе программного обеспеченияAnsys Fluent.Рисунок 3 – Алгоритм расчета систем вентиляции с тепловым побуждениемдвижения воздуха12В третьей главе представлены результаты математического моделированиясвободноконвективных потоков, формирующихся в системе вентиляции степловым побуждением движения воздуха.1.

Выбор месторасположения нагрева вентиляционного канала.На основе проведенного математического моделирования, было доказаноналичие зависимости средней скорости воздушного потока на входе ввентиляционный канал от расчетной разности условной температуры на стенкевоздуховода и температуры внутреннего воздуха в помещении (Рисунок 4).Рисунок 4 – График зависимости средней скорости воздушного потока ( Vср ,м/с) от расчетной разности температур (  ,  С) при различных способах нагревавентиляционного каналаИсходя из представленного графика, можно сделать вывод, что в системах сгоризонтальным и нижним нагревом (совместно с отводом и без него),фактические средние скорости воздушного потока значительно нижерекомендуемых.

Следовательно, дальнейший выбор наиболее эффективногоспособа теплового побуждения будет проходить между системами № 4, 5, 6 и 7(Рисунок 4).Рисунок 5 – График зависимости фактической величины воздухообмена ( L ,м /ч) от расчетной разности температур (  ,  С) при различных способах нагревавентиляционного канала313Для оценки обеспеченности требуемого воздухообмена жилых помещенийбыл построен график зависимости объемного расхода воздуха (Рисунок 5) отрасчетной разности температур.В рассматриваемом диапазоне температур   0  40 С, обеспечитьтребуемый воздухообмен в помещении санитарного узла возможно с помощьювсех рассматриваемых вентиляционных систем.

При этом наиболее эффективнымспособом теплового побуждения является нагрев всей конструкции канала, таккак уже при расчетной разности температур   5С достигается нормируемыйрасход воздуха L  25 м3/ч. Кроме того, при данном способе нагрева можнообеспечить требуемый воздухообмен в помещении кухни при   34С .

Длясистемы с длиной горизонтального воздуховода l  0 м, нормируемыйвоздухообмен для санитарного узла достигается при   5С , для кухни при  40С . При монтаже систем естественной вентиляции длина горизонтальногоучастка зависит от планировки квартиры, что обусловлено взаимнымрасположением вытяжной решетки и места прокладки вентиляционной шахты.Согласно Техническим рекомендациям по организации воздухообмена вквартирах жилых НП "АВОК" 5.2-2012,высота вентиляционного каналаквартиры должна быть минимальной, но не менее 2м. В связи с вышесказанным,предлагается производить нагрев вертикальной части канала совместно сотводом.2. Влияние нагрева вентиляционного отвода на эффективностьтеплового побуждения.В рассматриваемом диапазоне характерной разницы температур  0  40С , воздействие гравитационных сил практически не оказывает влиянияна направление движения потока воздуха, проходящего через вентиляционныйотвод, вследствие их малости по сравнению с центробежными силами.

В случаенарушения ламинарного течения каким-либо местным сопротивлением, потокунеобходимо пройти некоторое расстояние, прежде чем произойдетвосстановление исходного профиля скоростей.Рисунок 6 – Графики зависимости осевой скорости потока ( Vo , м/с) по длиневертикального участка канала ( l , мм) при различной расчетной разноститемператур (  ,  С): а) вертикальный нагрев вентиляционного канала; б)вертикальный нагрев вентиляционного канала совместно с отводом14На Рисунке 6 горизонтальными линиями отмечены длины участковстабилизации воздушного потока после вентиляционного отвода. Привертикальном нагреве вентиляционного канала колебания величины осевойскорости заметно увеличиваются с повышением расчетной разности температур.В случае вертикального нагрева вентиляционного канала совместно с отводомизменение осевой скорости имеет более плавный характер.3. Определение геометрических характеристик вентиляционногоканала, позволяющих обеспечить стабильный расход воздуха в системевентиляции с тепловым побуждением движения воздуха.Структура пристенного конвективного потока, формирующегося у нагретойвертикальной стенки, достаточно сложна: его толщина по мере развития вверхпостепенно возрастает, начиная от нуля у основания греющей поверхности.

Вслучаях, когда ширина вентиляционного канала значительно меньше его высоты( b << h ), пограничные слои развиваются на нижних концах противоположныхнагретых поверхностей, и, затем, постепенно начинают взаимодействовать друг сдругом на некотором расстоянии. После слияния пристенных слоев формируетсяполностью развитый конвективный поток.В системах вентиляции с тепловым побуждением движения воздуха привертикальном нагреве (с отводом и без него) взаимодействие конвективныхпотоков происходит при соотношении длины вертикального участка, h кменьшей стороне поперечного сечения воздуховода b , меньшем 20 ( h / b  20 ). Вданном случае, слияние пристенных слоев вызывает неустойчивость течения, чтообусловленоперекрестнымвзаимодействиемконвективныхструй,развивающихся вдоль четырех нагретых поверхностей.На Рисунке 7представлены изолинии скорости при вертикальном нагреве канала с учетомразличной конфигурации вентиляционного спутника.

Рекомендованные размерывентиляционного канала длина вертикального участка h = 2м, сечение 150x150мм.Рисунок 7 – Изолинии скорости воздушного потока при вертикальномнагреве канала для различных конфигураций спутника вентиляционной системы154. Исследование устойчивости конвективного течения в системевентиляции с тепловым побуждением движения воздуха со сборнымвертикальным каналом.При нагреве поквартирных спутников системы вентиляции с вертикальнымсборным каналом формируется неупорядоченное движение воздушного потока,вызванное рядом факторов:1.Турбулентное смешение потоков воздуха в вентиляционном тройнике,движущихся с разными скоростями;2.Расширение потока в вертикальном сборном канале на уровне пятогоэтажа, что связано с изменением поперечного сечения вентиляционного канала;3.При высоких числах Рейнольдса доминирующую роль играют силыинерции, действие которых приводит к формированию локальных объемоввоздуха с высокими скоростями, что значительно влияет на устойчивость течения.В связи с данными факторами, происходит заметное изменение объемногорасхода воздуха на входе в вентиляционный канал от этажа к этажу.

Тепловоепобуждение рекомендуется применять исключительно для вентиляционныхканалов последнего и предпоследнего этажей (имеющих отдельные системы) илидля малоэтажных жилых домов, оборудованных системами вентиляции синдивидуальными каналами.В Главе 4 представленные результаты экспериментального исследованиярежимов работы систем вентиляции с тепловым побуждением движения воздуха.Экспериментальная установка представляет собой вентиляционный канал,размером 150х150 мм, выполненный из оцинкованной стали толщиной 0,5 мм(Рисунок 8). Нагрев канала осуществляется с помощью гибкого ленточногонагревательного элемента. Нагревательный кабель был размещен с наружнойстороны канала с помощью спиральной прокладки с шагом витка, равным 8 см изакреплен с помощью армированной самоклеющейся ленты. Для снижениятепловых потерь, снаружи вентиляционного канала прокладываетсятеплоизоляционный слой, таким образом, чтобы «холодный конец» кабеляоставался снаружи.Рисунок 8 – Схема и фото экспериментальной установки.

1 –вентиляционный канал, 2 - гибкий ленточный нагревательный элемент, 3 электронный терморегулятор, 4 - термоэлектрический датчик16Измерение скорости и температуры воздушного потока производятся спомощью многофункционального прибора Testo AG 435-4, оборудованногозондом с обогреваемой струной. Модель внесена в Государственный РеестрСредств измерений РФ.Рисунок 9 – Сравнение результатов численного моделирования иэксперимента. Графики средней скорости потока на входе в вентиляционныйканал (Vо, м/с) в зависимости от расчетной разности температур (θ, °С)Максимальное значение относительной погрешности при измерениискорости воздушного потока не превысило 4,9%.Определение локальныхи средних коэффициентов конвективнойтеплоотдачи проводилось экспериментальным путем с помощью разработанногографического метода, в основе которого лежит нахождение условной толщиныпограничного слоя δt’, мм.