Коэффициент расхода всасывающей щели с внутренним экраном Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Zi ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ

УДК 697.1(107), 697.03:5(107)

Валиуллин М. А. - кандидат технических наук, доцент

Давыдов А.П. - кандидат технических наук, доцент

E-mail: [email protected]

Казанский государственный архитектурно-строительный университет КОЭФФИЦИЕНТ РАСХОДА ВСАСЫВАЮЩЕЙ ЩЕЛИ С ВНУТРЕННИМ ЭКРАНОМ АННОТАЦИЯ

Эффективность улавливания вредных веществ зависит от конструкции воздухоприемника и точности методики их расчета. В частности, для регулирования расходов через всасывающие отверстия используются внутренние экраны, устанавливаемые на определенной расчетной высоте. Значения коэффициентов расхода, как правило, определяются экспериментальным путем.

В статье приводится вывод аналитической зависимости коэффициента расхода от высоты установки внутреннего экрана, установленного параллельно всасывающему отверстию.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: всасывающее отверстие, внутренний экран, коэффициент расхода, аналитическая зависимость.

Valiullin M.A. - candidate of technical sciences, associate professor

Davidov A.P. - candidate of technical sciences, associate professor

Kazan State University of Architecture and Engineering DISCHARGE COEFFICIENT OF THE SUCTION SLIT WITH THE INNER SCREEN

ABSTRACT

The effectiveness of trapping pollutants depends on the design of air inlet and the accuracy of the method of their calculation. In particular for controlling costs through the suction openings internal screens are used, that are installed on a particular design height. The values of flow coefficient is usually determined experimentally.

In this paper we derive an analytic dependence of the flow of the installation height of the internal screen installed parallel to the suction inlet.

KEYWORDS: suction inlet, the internal screen, the flow coefficient, analytical energy dependence.

При установке внутреннего экрана над всасывающей щелью важно знать, как изменяется коэффициент расхода всасывающей щели в зависимости от высоты установки экрана.

С этой целью рассмотрим течение жидкости переменного расхода при входе воздуха во всасывающую щель, над которой установлен плоский экран (рис. 1). Выделим два расчетных сечения 1 и 2 на расстоянии с/г друг от друга.

А у

3 4

w+dw

■£>

,Y+rlvl ^wk

< p-tjdp

а/2

Рис. 1. Расчетная схема для определения коэффициента расхода всасывающей щели с плоским экраном: а) участок кольцевого воздухопровода; б) расчетное сечение

Течение в пространстве, заключенном под экраном, можно рассматривать, как плоское течение во всасывающем воздухопроводе постоянной высоты h, шириной dz и длиной а/2. Так как течение жидкости в подэкранном пространстве симметрично относительно оси «у», представляется достаточным рассмотреть течение жидкости в половине пространства, заключенного между плоскостью всасывания и плоскостью внутреннего экрана.

Допустим, что воздух поступает в подэкранное пространство со скоростью Увх. Выделим два контрольных сечения 3 и 4 на расстоянии x и x + dx. Примем, что давление в плоскости, перпендикулярной оси х, постоянно. Для выделенного объема запишем уравнение изменения количества движения и приравняем его импульсу внешних сил:

d (mW■ > = X, (1)

dt

где d(mWx)/dt - изменение количества движения между сечениями 3-4; X - импульс

внешних сил, приложенных к выделенному объему.

Рассмотрим составляющие уравнения (1) в отдельности:

1. Изменение количества движения системы между сечениями 3 и 4.

Количество движения для сечения 3:

J PWWdF = pW2F, (2)

F

где p - плотность воздуха; в - коэффициент распределения кинетической энергии в сечении 3; W - скорость воздуха в сечении 3; F - площадь сечения.

Количество движения для сечения 4:

JP(Wx + dWx)(Wx + dWx)dF = Pb Wx2F + 2pbFWxdWxF . (3)

Количество движения для входящего потока между сечениями 3 и 4 составит:

PyV cos gdf = PPK cos rdf, (4)

где: g - угол между направлениями средней составляющей скорости входящего потока -Увх и направлением средней составляющей скорости W внутри воздухоприемника длиной а/2, шириной dz и высотой h, f - площадь отверстия.

2. Импульс внешних сил, действующих на выделенный объем между сечениями 3 и 4.

Импульс сил давления, действующих на выделенный объем за время dt :

[-(Px + dpx) F + pxF ]dt = - dpxFdt (5)

Импульс сил трения на выделенный объем за время dt:

-1p W^Fdxdt (6)

d2

В дифференциальном виде, с учетом всех составляющих, уравнение (1) изменения количества движения для объема, заключенного между сечениями 3 и 4, запишется:

1 W2

(2bx pFWxdWx - bpVX cos gdf) dt = -Fdpxdt-г p^^Fdxdt (7)

d 2

После преобразований:

df 1 W2

dp = -2bxpFWxdWx -bpVl cosgF --p-^dx (8)

F d 2

Выразим среднюю скорость Wx через конечную среднюю скорость Wxk в конце воздухоприемника длиной а/2 [1, 2, 3].

2 x

Wx = WK (—) (9)

а

Тогда можно записать уравнение (8) как:

4W2 df 1 4W2

dpx = -2b x p —txdx - PpK cos g F - d p x2 dx (10)

a F d 2a

Проинтегрируем уравнение (10) в пределах от 0 до а/2:

Рк а/2 Л1Д/2 а/2 /-/•/' а/2 т

І ёрх =-1 2рхр 2 хёх - | рру2 сое 7 — - | - г

Я 222

— •!, й' а2

х2 йх

(11)

- р0 0 0 0

Допуская, что входящий поток присоединяется к потоку внутри воздухоприемника высотой к и длиной а/2 под углом, близким к 900 [4,5], как для линейных равномерно-всасывающих воздухопроводов, поправочный коэффициент на количество движения вх = в =1.0 (1, 3, 4, 6) и пренебрегая, ввиду малости расстояния, потерями на трение, после интегрирования уравнения (11) и преобразований получим:

- Рхк + Ро = -Р2хк

или

(12)

(13)

Рхк = Р0 + Р2хк

гдер0 - давление в плоскости «уо2» воздухоприемника высотой к и длиной а/2.

V2

Записывая р0 = —^ р ,

2тВх

где - коэффициент расхода всасывающей щели в начале воздухоприемника высотой к и длиной а/2 будем иметь:

V2

2К

Р + рК

(14)

Подставляя полученное уравнение (14) статистического давления в известную формулу [3] для определения коэффициента расхода всасывающего отверстия, получим:

=

^щели

(15)

2

V2 2

ех +

2т,

Используя уравнение расхода [3], можно записать:

Отсюда имеем:

а

- = И2хк

а¥

Ж =■ ех

2к

Подставив (17) в уравнение (15), получим:

Ух,

тщели

г2 (

_щ_ + 2

я

\2

2Ь

V /

(16)

(17)

(18)

После преобразований:

тщели

1 1

А

2 + 2

ех

Vй,

(19)

Изучение закономерностей работы всасывающей щели с внутренним экраном проводилось на аэродинамическом стенде. Испытываемый элемент представлял собой воздухопровод, изготовленный из стали, квадратного сечения 0.2х0.2 м и длиной 1 метр. Статическое давление отбиралось по сечениям посредством штуцеров. Торец воздухопровода был заглушен. Расход измерялся камерой статического давления.

Щель вырезалась в боковой стенке, ширина щели составляла 10 мм. Относительная

площадь щели составляла

— =

—

= 0.25

а

1

Над всасывающей щелью устанавливался экран по всей длине воздухопровода и шириной 20 мм. Экран под щелью перемещался при помощи тяг, закрепленных в координатниках. Экспериментально изучалось параллельное перемещение экрана над щелью. Коэффициент расхода для всасывающей щели определялся по формуле (20):

1

_р_

2 р

(20)

Замеры аэродинамических характеристик проводились в области чисел Яе=Яеавт.

На рис. 2 приведены экспериментальные значения коэффициентов расхода всасывающей щели с внутренним экраном и квадратного отверстия 0.1х0.1 м с внутренним экраном при различных значениях И. Экран установлен параллельно плоскости отверстия.

Относительная высота поднятия экрана ^

Рис. 2. Зависимость изменения коэффициента расхода квадратного отверстия и щели

с внутренним экраном

от относительной высоты поднятия экрана (Яє=Яєавт).

а

По результатам экспериментов можно заключить:

1. Коэффициент расхода отверстия с внутренним экраном при перемещении последнего меняется от нуля до коэффициента расхода отверстия, соответствующего случаю, когда экран отсутствует.

2. Полученная аналитическая зависимость (19) для определения коэффициента расхода всасывающей щели с внутренним экраном дала хорошую сходимость с экспериментальными данными.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дудинцев Л.М. Коэффициент расхода отверстия в стенке при потоке направленном параллельно стенке. // Изв. вузов. Строительство и архитектура 1969, № 5. - С. 118-122.

2. Максимов Г.А., Дерюгин В.В. Движение воздуха при работе систем вентиляции и отопления. - Л.: Стройиздат, 1972. - 96 с.

3. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции. - М.: Стройиздат, 1979. - 295 с.

4. Геджакушян О.Е. Исследование равномерно-всасывающих воздухопроводов с продольными щелями в системах вентиляции. / Автореферат дис. к.т.н. - Киев, 1968. - 20 с.

5. Дубинин Н.Н. Расчет вытяжного воздухопровода постоянного поперечного сечения с продольной щелью постоянной ширины. // Водоснабжение и санитарная техника, 1968, № 4. - С. 14-16.

6. Золотов С.С. Аэродинамика судовой вентиляции. - Л.: Судостроение, 1968. - 311 с.

REFERENCES

1. Dudintsev L.M. Coefficient of discharge holes in the wall with the flow directed parallel to the wall. // Math. Universities. Construction and Architecture1969, № 5. - P. 118-122.

2. Maksimov G.A. Deryugin V.V. The movement of air in the work of ventilation and heating systems. - L.: Stroyizdat, 1972. - 96 p.

3. Taliev V.N. Aerodynamics of ventilation. - M.: Stroyizdat, 1979. - 295 p.

4. Gedzhakushyan O.E. Study of uniformly suction air ducts with longitudinal slits in ventilation systems. / Abstract Dis. Ph.D. - Kiev, 1968. - 20 p.

5. Dubinin N.N Calculation of exhaust duct of constant cross section with a longitudinal slit of constant width. // Water supply and sanitary engineering, 1968, № 4. - P. 14-16.

6. Zolotov S.S. Aerodynamics of the ship's ventilation system. - L.: Shipbuilding, 1968. - 311 p.