Аэрация под действием ветра

Лекция 12

Аэрация под действием ветра

12.1. Обтекание зданий ветром

При обтекании одиночно стоящего здания, в следствии торможения ветрового потока, он начинает отклоняться на расстоянии 5-7 Н_зд. Поток спрямляется за зданием на расстоянии 10-12 Н_зд.

Рис. 12.1. Обтекание ветром одиночного здания

Рассмотрим 2 сечения (рис.12.1). В первом сечении, площадь живого сечения(s₁) больше чем во втором сечении (s₂). Расход воздуха в сечениях одинаков. Следовательно в первом сечении скорость меньше чем во втором. Полная энергия потока определяется

Э_пол = Э_пот + Э_кин = const

Т.к. в первом сечении скорость меньше, то и кинетическая энергия будет тоже меньше чем во втором сечении. Во втором сечении потенциальная энергия потока меньше чем в первом, следовательно в местах отрыва потока от здания создаются зоны разряжения. На наветренной стороне здания возникают избыточные давления.

Если бы воздушный поток полностью затормозился, то величина избыточного давления на наветренной стороне, была бы равна скоростному напору

.

Т.к. торможение не полное, то

Рекомендуемые материалы

,

где К - аэродинамический коэффициент, учитывающий какая часть ветрового напора передается зданию.

Аэродинамический коэффициент показывает отношение избыточного давления или разряжения, создаваемого ветром на элементарной площадке, к динамическому давлению ветра. По абсолютной величине .

Коэффициент К может быть > 0 и К < 0, т.е. положительный и отрицательный. Для наветренной стороны  К > 0, а для зоны разряжения К < 0.

Величина коэффициента К не остается постоянной, она изменяется по высоте, длине здания и т.д., поэтому коэффициент К определяется экспериментальным путем на основе продувки модели в аэродинамической трубе.

Рассмотрим как будет происходить обтекание здания более сложной конфигурации (рис.12.2.).

Рис. 12.2. Обтекание ветром здания сложной конфигурации

Поток воздуха на некотором расстоянии от здания начинает менять свое направление (обтекать). В зависимости от отношения l/Н обтекание может быть различным.

При l/Н < 5 поток обтекает здание аналогично предыдущему.

Если l/Н > 5 то могут быть зоны подпора. Такие аэрационные фонари называются задуваемыми, т.к. через него входит и выходит воздух.

Рассмотрим аэродинамическую картину воздействия ветра на группу последовательно расположенных зданий (рис.12.2).

В зависимости от расстояния между зданиями воздушный поток или полностью восстанавливает свое первоначальное направление, если расстояние между зданиями > 10–12Н_зд, или отклоняется последующим зданием, если расстояние < 10–12Н_зд.

Зона разряжения между зданиями называется аэродинамической тенью. В этом случае вредности первого здания могут попадать в приточные отверстия следующего здания.

Рис. 12.3. Обтекание ветром группы последовательных зданий

Если ветер дует под углом, то за первым зданием образуется аэродинамическая тень. На наветренной стороне здания часть отверстий будет работать на вытяжку, а часть на приток.

12.2. Понятие о фиктивном давлении

Пусть имеется здание находящиеся в потоке воздуха (рис. 12.4). В

 здании нет никаких источников тепла, т.е. t_в = t_н следовательно

Рис.12.4. Определение фиктивного давления

Имеются 2 отверстия площадью f₁ и f₂ . Ветер создает давление на наветренной стороне

                                                  (12.3)

и на подветренной

                                             (12.4)

За начальный уровень отсчета принимаем плоскость проходящую через середину нижнего отверстия. Примем, что в этой плоскости атмосферное давление  = 0. В этой плоскости внутреннее давление будет отличаться от Р₁ и Р₂, обозначим его Р_х .

Если Р₁ – Р_х > 0 , то располагаемый напор будет равен

                                             (12.5)

Для второго отверстия:

— внутренне давление равно

           — давление снаружи

— располагаемый напор  

Под действием  и  воздух будет поступать в помещение. По закону неразрывности потока

 и  можно рассматривать как скоростное давление

                           ;                                          (12.6)

;                               (12.7)

                  ;                                            (12.8)

        .                               (12.9)

Решим относительно Р_х

, где .                   (12.10)

Давление Р₁ можно определить если известна скорость ветра и конфигурация здания.

Р_х зависит от наружного давления и соотношения открытых площадей.

Если наветренную сторону убрать, а с подветренной стороны стену сделать глухой, то Р_х = Р₁ . Если наоборот, то Р_х = Р_2.

Если f₁ = f₂ , то .

Надо задатьcя соотношением площадей   т.е. приточные проемы несколько больше чем вытяжные, при одинаковом количестве подаваемого и удаляемого   воздуха. В этом случае в приточных проемах скорости будут небольшие.

В помещении есть теплоизбытки .

Обозначим Р_х внутреннее избыточное давление на уровне центра приточных отверстий.

На уровне вытяжных отверстий

      .                                      (12.11)

Перепад давлений для приточных и вытяжных проемов

.                              (12.12)

Представим фиктивную картину

          .                                     (12.13)

Обозначим , тогда .

Фиктивное ветровое давление это такое ветровое давление которое оказывает тоже действие, что и ветровой и тепловой напор вместе

   .                                       (12.14)

12.3. Способы расчета аэрации

В зависимости от удельной теплонапряженности помещения, высоты помещения, 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. Действием ветра можно пренебречь, если , т.е. избыточное ветровое давление меньше половины максимального значения гравитационного давления.
Здесь - 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 фасадов, при любой скорости ветра будет иметь место рассматриваемый случай.

Аэрация под действием только ветра при . Этот случай наблюдается в помещениях без тепловыделений.

Аэрация при совместном действии гравитационных сил и ветра при .

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

При расчете аэрации возможна прямая и обратная задачи.

Прямая задача - определение площади открытых  проемов. Эту задачу приходится решать в случае, когда площадь аэрационных проемов заведомо меньше площади остекления, определенной из условия освещения помещения. При этом обычно задаются значением Р_о (давлением в помещении) и по заданным G_пр и G_уд определяют площади аэрационных проемов.

Обратная задача — расчет фактического воздухообмена при заданных площадях аэрационных отверстий.

В цехах, где площадь открывающихся световых проемов недостаточно для организации аэрации, в наружных ограждениях необходимо предусматривать устройство специальных аэрационных проемов. Цель расчета — определение  минимальной площади этих проемов. Задачу решают подбором: задаваясь площадями F_пр  и  F_уд, определяют значение Р_о, при котором осуществляется расчетный воздухообмен.

Обратите внимание на лекцию "38 Зарубежное инвестирование и его формы".

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

,                                    (12.15)

где  - коэффициент, равный 1,2 - 1,3.

Выполнение этого условия предотвращает "опрокидывание" потока в вытяжных отверстиях.

В более общем случае, когда , это условие удобно выразить через соотношение долей располагаемого давления для приточных и вытяжных отверстий  и  

.                                             (12.16)