Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Это явление было исследованоДжоргом и Скорером (1967), которые нашли, что среднее значение пороговой скорости истечения газов, при которой начинается втекание холодного воздуха в трубу, зависит не только от плавучести, но и от профиля скорости. Если скорость в пограничном слое увеличивается за счет выравнивания ее профиля при фиксированном объемном расходе, то разность плотностей, необходимая для втекания холодного воздуха, возрастает. По этой причине никаких безразмерных соотношений получено не было, по ясно, что в турбулентном тсчсиип, как правило, определяющим фактором является пе диаметр отверстия, а толщина пограничного слоя.
Расстояние 41, преодоленное против основного потока в трубе втекаюшим воздухом, может быть найдено в грубом приближении из формулы Вб"~ 16 б (Л2/Тзб Ч З)3 1 3 110.6,1) где А) — диаметр трубы, Р' — средняя скорость потока в трубе далеко от выхода,  — плавучесть, а Р— кинематическая вязкость. Хотя эта формула позволяет найти порядок величины пороговой скорости, когда при заданной плавучести Вб1 = О, и дает представление о глубине проникновения затекающего воздуха, имеются сушествепяые ограничения па диапазон используемых в ней величин. Эти ограничения связаны с тем, что оказывают влияние различные посторонние факторы, такие, как шероховатость внутренней стенки трубы, которые нужно принимать во внимание. 11а практике почти всегда имеется боковой ветер, и эксперименты показывают, что втекание происходит скорее сбоку, а пе с подветренной или наветренной стороны выходного отверстия трубы.
Это явление может вызывать затруднения на практике. Так, топки па нефти или мазуте обычно являются источником специфического загрязнения: черной сажи, пропитанной серной кислотой. Особенно сильно это проявляется, когда цри наличии метал- 616 ГЛДВД Уа Рнс. 10.6.1. Моделирование етсканнн холодных масс (Дукорг н Скорер, 1967). Соленая вода опускается в стмшяивой трубке, которая погружена в резервуар с пресной водой. ВокРуг открыюго дна трубки имеется б струек красвтел».
Любое втекание менее пгютной пРесной воды в трубку увлекает ва собой краситель, вследствме чего можно наблюдать проникновение пресной воды в соленую. В данном случае пресная вода проникла в глубь трубки несколько больше, чем на 4 ее диаметра. РАССЕЯНИЕ ЗЛГРЯЗНЯЮШИХ ВЕП1ЕСТВ В АТМОСФЕРЕ 417 лических вытяжных труб топки запускаются из холодного состояния. При низкой нагрузке скорости истечения выбрасываемых газов уменьшаются быстрее, чем плавучесть, а из формулы (10.6.1) следует, что тут-то и возможно втекание холодного воздуха снаружи.
К тому жс, когда втекапие происходит в холодную погоду, оно может быть усилено охлаждением стенок трубы. В результате стенки трубы охлаждаются ниже точки конденсации НЯЬОИ и сажа, осевшая па внутренних степках трубы, пропитывается кислотой. При последующем возрастании скорости истечения крупные частицы сажи, пропитанной кислотой, выносятся воздушным потоком. Вынесенная концентрированная серная кислота может оказаться причиной пожара или повреждения различных объектов.
Предупредить это явление можно путем поддержания достаточно вьгсокой скорости истечения и обеспечения такой теплоизоляции трубы, чтобы температура внутри нее была выше точки конденсации кислоты. Установлено, что пеплоскис выходные отверстия труб также уменьшают вероятность затекания холодных масс. Хотя холодный воздух иногда втекает и в градирни, все же для градиреп, имеющих форму гиперболоида, наиболее вероятен отрыв вытекающих газов от внутренней стенки на уровне минимального диаметра градирни.
О втекапии холодных масс и возможном их проникновении до дна градирни, в общем, известно очень мало. Однако, вероятно, это не очень существенная проблема, во всяком случае, из-за того, что на дпе обычной градирни источники тепла распределены равномерно. Такое распределение источников тепла препятствует охлаждени1о значительной части объема вытекающих газов.
На рис. 10.6.1 показано экспериментальное устройство, с помощью которого была получена формула 110.6.1). 10.7. Разновидности дымовых струй В результате наблюдений легко установить, что существует несколько форм дымовых струй. Целым рядом авторов был предложен следующий перечень различных форм, основанный на внспшем видс дымовых струй (рис. 10.7.1): Волнообразная, имеющая крупные регулярные изгибы; рассеяние происходит за счет крупномасштабных вихрей, превосходящих ширину струи. Коническая, имеющая непрерывно расширяющуюся зону смешения; рассеяние ее происходит за счет вихрей, размер которых значительно меньше ширины струи. глава ю А' Рн~н Р,р а Воничееяая Вомямбрагная Задамляюа4ая Веерпобраана я' Воотобяаяа я Термиямбразукяцая В 2 '~ г 9)лагопбрапная рм Д С-~) Бщьуряарооанна в РАССЕЯНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ 419 — рассеяние по горизонтали больше, чем по вертикали; шлейф достигает равновесной высоты в устойчиво стратифицпрованном воздушном потоке вскоре после истечения.
— рассеяние происходит только вниз; дымовой шлейф при этом остается под инверсионным слоем. — рассеяние происходит только вверх; высоты трубы достаточно, чтобы выходящий из нее поток оказался над инверсионным слоем. — выходящий поток разбивается на отдельные массы, так что теплый воздух из трубы либо образует собственные термики, либо вливается в уже существующие естественные.
разновидности, .Такие, как: — Выходящий поток увлекается вихрями к подветренной стороне трубы. — выходящий поток время от времени увлекается к подветренной стороне здания, на котором расположена труба. Это †обычн явление для жилых домов. — регулярное формирование похожих на цветную капусту клубов дыма у наветренной стороны выходного отверстия трубы с периодичностью 1 — 5 клубов в секунду.
Веерообразная 3адымляющая Восходящая Термикообразую- щая Имеются и другие Флагообразная 1'провисшая) Нисходящая Клубящаяся Рис. 10.7.1. Ризновилности дымовых струй. л — волнообразная. длина волны велика иосрависниюс шириной чгновениой» (т.е, рас. смотргииой а фиксированный моме>щ времени) струп; профиль концентрации «мгно»сп ° ной» струн имеет больший максимум, чем профиль осрелненнык по времени концентра- ций дли огибающего «онтура.
б — коническая. Тнпи ~иый сл> ~ай «спаивающей стр>и, растущей вследствие персис>ни- невии иод действием малой т>рб>лснтностн. и — веерообразная. Прн взгляде со стороны пидне, как всплывающая струя быстро по- стигает р е оаесной ысоты устой пшо стратнф цнр ной «рсдс, Ч ст блужла в горизонтальной плоскости, если ветер сдай н изменчив (рнс. >0.7,2).
л — залымляющая. Эта разиовнлиость карактерна дтя струи, застаннающейся в корошо смен~ампом слое ниже устойннвого слоя. Если «еерообразная струя распростраияетс» «инэ вследствие термической конвекцнн, обусловленной солнсчиын излучением, говорят. что аемля задымлена. д восэолящеи. В атом случае струн полнимается ае счет собственной плавучести выше устойчивого слоя, «оторый ограничивает ее днффуэнЮ по направлению вина. е--термикообразующаи. Когда термическая конаекцнв активна. струя расчленяется на отлсльиыс клубы обособлепнымн термикамн, чьи плавучесть нреиалирует иад п.>еву- честью струн. ж — флагообразния, Струя «тат«настен в турбулентныв след трубы н па расстоянии не- скольких днаметрое опускается на полветренную сторону трубы.
3 — нистолящаи. В этом случае струя вгигивается н внкревую зону с подветренной сто- роны злаоня. на котором стоит труба. и — клубнщвяса. Периодические турбулгиж>ые флюктуаиин возникают у наветренной части выводного отверстия трубы, к — бифуркнрованиая. Всплывающая струя, изображенная здесь н перспективе, имс т такое же иооерс и ос сечение. иак двумерный термнк. Конические струи обычно бнфур. кироввны. ГЛАВА !О Бифуркированнал — благодаря прорыву атмосферного воздуха в ядро струи дымовая струя раздваивается. становясь в попсрсчпом сечении похожей на цилиндрический (двумерный) тсрмик. 'Теперь рассмотрим подробнее эти разно- видности. Круппыс завихрения, которые заставляют в сущности узкую струю блуждать внутри изогнутого конуса, могут либо отрываться от больших зданий или обрывов, либо порождаться термической конвекцисй, обусловленной солнечным теплом '!.
При построении формулы для расчета рассеяния такой струи считают, что она распределена внутри изогнутого конуса, поверхность которого является огибающей для нее. Частицы струи не перемещаются по волнообразным траекториям, но частица из точки А движется к точке А', а из точки  — к В' (рпс. !07.!); ~Фр -"«!'д"'-4 ' *' Рис. !0.7.2.
Шлейф дыма из трубы гариообогатительиой фабрики у горы Айза, Квиислеид, видимый ранним утром. Псреисшн анис преирампетси, нагла струя постигает рапиопссоой имсотм. Па волыним рассгоннии лыиоиой иззгйф аллеи нсиосрегггтиеино нал горизонтом. Примерно перез ! ° произошло задммлепие азрогпшма. '! Иногда употребляется термии «иисоляциоииая коивекция».— Прим. перев.
РАССЕЯНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ 421 таким образом, изгибы струи движутся вдоль по Ветру, тогда как сама струя расширяется существенно медленнее за счет завихрений, малых по сравпснпю с шириной струи. Вихри промежуточного масштаба отсутствуют, и это понятно, так как мелкие завихрения вызываются либо плавучестью струи, либо шероховатостью подстилающей поверхности, а большие генерируются термиками илп отрываются от крупных препятствий. Конусообразная струя обычно бифуркирована и поднимается вследствие собственной плавучести.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
