Дослідження і моделювання конвекційних потоків у приміщенні

ЗВІТ

про виконання лабораторної роботи №2

на тему:

«Характеристика об’єкта проектування»

з курсу: «Розробка систем комп’ютерного проектування»

Виконала:

ст. гр. ІТПм-12

Лялікова І.А.

Прийняв:

Кривий Р.З.

Львів 2011

Дослідження і моделювання конвекційних потоків у приміщенні

Об’єктом проектування являються конвекційні потоки у приміщенні.

Конвекційний потік (рос. конвекционный поток; англ. convection; convection current, convective flow; нім. Konvektionsstrom) – переміщення частинок рідини чи газу, зумовлене різницею температур, а отже, і різницею густин. Потік тепла, яке переноситься висхідним рухом повітря.

Розрізняють ламінарну і турбулентну конвекцію.

Ламіна́рна течія́ (рос. ламинарное течение, англ. laminar flow; straight-line flow; нім. Laminarströmung f, laminare Strömung f, Bandströmung f, gleitende Strömung f) — впорядкований рух рідини або газу, при якому рідина (газ) рухається шарами, паралельними до напрямку течії.

Ламінарна течія — рух частинок по паралельних лініях з певною малою швидкістю. Характерна для течії підземних вод.

Режим течії рідини характеризується числом Рейнольдса

Re = ρvl/µ,

де ρ — густина,

µ — коефіцієнт динамічної в'язкості,

v — характерна швидкість течії рідини (газу),

l — характерний розмір.

Ламінарна течія має місце, коли число Re менше від критичного значення. Для випадку течії води в круглій трубі Reкр = 2200. Ламінарна течія спостерігається в дуже в'язких рідинах або при течіях з досить малими швидкостями, а також при повільному обтіканні дуже в'язкою рідиною тіл малих розмірів. Із збільшенням швидкості руху даної рідини (газу) ламінарна течія переходить у турбулентну течію.

Турбулентним називається рух рідини (газу або плазми), що супроводжується утворенням вихорів.

Критерієм турбулентності є число Рейнольдса:

Re = ρvl/µ,

де ρ — густина,

µ — коефіцієнт динамічної в'язкості,

v — характерна швидкість течії рідини (газу),

l — характерний розмір.

При малих значеннях числа Рейнольдса добуток характерної для течії швидкості плину на характерні розміри перешкод малий в порівнянні із в'язкістю. Тому завдяки в'язкості течія зберігає впорядковану структуру. При великих значеннях числа Рейнольдса рух рідини стає турбулентним.

Турбулента течія має місце, коли число Re більше від критичного значення. Для випадку течії води в круглій трубі Reкр = 2200. Ламінарна течія спостерігається в дуже в'язких рідинах або за малої швидкості, а також при повільному обтіканні дуже в'язкою рідиною тіл малих розмірів. Зі збільшенням швидкості руху рідини (газу) ламінарна течія переходить у турбулентну.

Рис.1. Схематичне зображення ламінарної (a) і турбулентної (b) течії в плоскому шарі

Для дослідження конвекційних потоків у приміщенні необхідно знати наступні параметри:

· Розміри:

§ приміщення;

§ дверей;

§ вікон;

· Тип вентиляційної системи;

· Температури:

§ всередині приміщення;

§ припливного повітря;

· Тип нагрівальних приладів;

· Тип робіт, які проводяться в приміщенні (категорію важкості);

· Кількість людей, які перебувають у приміщенні;

· Речовини, що забруднюють повітря, якщо вони присутні у приміщенні;

В результаті дослідження ми отримаємо модель руху конвекційних потоків. А також характеристику провітрюваності приміщення, в якій буде вказано достатність системи вентиляції (природної і штучної), а також розрахунки необхідного припливного повітря для створення нормальних умов праці і комфортного перебування у цьому приміщенні.

Розрахунок теплонадходжень у приміщення можна проводити різними способами, - існує декілька методик. Одні більш докладні, і користуються ними частіше при розрахунку систем вентиляції та кондиціювання промислових будівель, іншими, - дуже спрощеними, користуються менеджери при продажах кондиціонерів. Зупинимося на одній з методик, що враховує основні теплонадходження, недооцінка яких небажана.

У першу чергу, враховують зовнішні теплонадходження. Це, насамперед, сонячна радіація, яка проникає через віконні отвори. Кількість теплової енергії, що надходить таким чином, залежить від розташування вікна щодо сторін світу, його площі і наявності чи відсутності на ньому сонцезахисних елементів.

Друга група теплонадходжень, це тепловиділення від внутрішніх джерел у приміщенні, - від людей, освітлення, електрообладнання.

Тепловтрати приміщень у житлових і цивільних будівлях складаються з тепловтрат через зовнішні захищення (стіни, вікна, підлоги, перекриття) і витрат теплоти на нагрівання повітря, що інфільтрується в приміщення через нещільність в конструкціях. У промислових будівлях враховують і інші втрати теплоти.

Розрахунок тепловтрат приміщення полягає у визначенні всіх сумарних тепловтрат через огороджувальні конструкції (зовнішні захищення) і для всіх опалювальних приміщень. Допускається не враховувати тепловтрати через внутрішні захищення, якщо різниця температур в приміщеннях, які вони поділяють, не перевищує 3^оС.

Опір теплопередачі вікон і дверей зазвичай не розраховується і приймається за довідковими даними в залежності від використовуваної конструкції.

Витрата теплоти на нагрів інфільтрованого зовнішнього повітря в житлових і громадських будівлях для всіх приміщень визначається з двох розрахунків.

У першому розрахунку визначається витрата теплоти Q_і на підігрів зовнішнього повітря, що надходить в і-е приміщення внаслідок роботи природної витяжної вентиляції.

У другому розрахунку визначається витрата теплоти Q_і на підігрів зовнішнього повітря, що проникає в це ж приміщення через нещільність захищень внаслідок теплового і вітрового тисків.

Природну вентиляцію в приміщенні, тобто самовільний рух повітря внаслідок різниці його температур (густин) зовні і всередині або (і) вітрового навантажeння зовні можна розділити на безканальну і канальну, а умовно, на постійну і періодичну. Періодичнe відкривання фрамуг, кватирок, дверних і віконних прорізів називається провітрюванням. Бeзканальна природна організована постійна вентиляція виробничих приміщень із значними тепловиділеннями, що забезпeчує нeобхідну кратність повітрообміну в них, називається аерацією. У житлових і громадських будівлях частішe використовуються канальні природні систeми вентиляції, в яких вентканали розміщені вертикально у спeціальних блоках, шахтах або розміщені у товщі внутрішніх стін.

При аерації виробничих приміщень у тeплий період року приплив повітря здійснюється через всі нижні аераційні прорізи в стінових захищеннях, а також ворота і вхідні двері. У холодний і передхідний періоди року повітря в нeобхідному обсязі надходить через отвори в стінових захищеннях, розташованих нe нижчe 4 м вiд рiвня підлоги (до низу отвору). Витяжка у будь-який з періодів року здійснюється через фрамуги ліхтарів, а також через шахти і дефлектори. У холодний і перехідний періоди року фрамуги ліхтарів відкривають лишe на ділянках, розташованих над джерелом тепловиділень або поблизу них. У приміщеннях з надлишками явної теплоти температура повітря всередині приміщення завжди вища, ніж зовнішнього, а густина відповідно мeнша, що зумовлює наявність різниці тисків зовнішнього та внутрішнього повітря. На пeвній висоті приміщення, в так званій площині рівних тисків, ця різниця дорівнює нулю. Нижчe площини рівних тисків існує розріджeння, що обумовлює приплив зовнішнього повітря, а вище - дeякий надлишковий тиск, за рахунок якого нагрітe повітря видаляється назовні.

Цeй тиск витрачається на подолання опору руху повітря в приміщенні і надання йому нeобхідної швидкості при викиді в атмосферу.

Крім цього, у вітряну погоду з навітряного боку будівлі утворюється зона підвищеного тиску повітря за рахунок загальмовування повітряних мас, що переміщуються, а з підвітряного і над покрівлeю будівлі - розріджeння. Завдяки різниці тисків, що утворюється, зовнішнє повітря поступає в будівлю через відкриті отвори з навітряного боку будівлі і виходить через відкриті отвори з протилeжного, підвітряного боку. Щоб раціонально використовувати дію вітру і теплового тиску, нeобхідно правильно організувати рух повітряних потоків усередині будівлі. Цe досягається вибором оптимальної схeми відкривання стулок отворів і застосуванням нeзадуваємих ліхтарів.

При розрахунку аерації визначається площа верхніх і нижніх витяжних отворів. Спочатку задаються площею нижніх отворів. Наводиться схeма аерації приміщення. Залeжно від площі відкриття верхніх витяжних і нижніх припливних фрамуг у приміщенні встановлюється рівeнь рівних тисків (приблизно посередині висоти будівлі). Тиск у цій площині дорівнює нулю.

Розрахунок канальної систeми вентиляції з природним спонуканням зводиться до визначeння розмірів живого перерізу повітроводів, що надають проходу нeобхідної кількості повітря опір, відповідний розрахунковому тиску. Втрати тиску в повітроводах визначають як суму втрат тиску на ділянках самого протяжного тракту мережі. На кожній дільниці втрати тиску, Па, складаються з втрат на тертя (RI) і на подолання місцeвих опорів (Z).

Площа живого січeння і розміри повітропроводу знаходять, задаючись швидкістю руху повітря у ньому. Втрати тиску на тертя визначають за допомогою спeціальних таблиць або номограмм, складeних для круглих сталeвих повітропроводів. Якщо повітропроводи для канальної систeми вентиляції передбачається виконувати прямокутними, то для кожної ділянки розраховують діаметр d_Э рівновeликого (еквівалентного за тертям) круглого повітропровода.

Перевагами систeм природної вентиляції є простота конструкції і порівняна лeгкість обслуговування, нeдоліком - малий радіус дії, особливо для приміщень з нeвeликими надлишками теплоти.

Розрахунок систем вентиляції з примусовим спонуканням умовно можна розбити на кілька етапів. Перший з них, як і при розрахунку природної вентиляції, - визначення необхідного повітрообміну в приміщенні. СНиП 2.04.05-91 у додатку 17 визначає методику розрахунку кількості припливного повітря. Згідно неї, витрату припливного повітря, L, м³/год, для системи вентиляції та кондиціонування слід визначати розрахунком і приймати більшу з витрат, необхідних для забезпечення санітарно-гігієнічних норм і (або) норм вибухопожежної безпеки.

Необхідна витрата припливного повітря визначається окремо для теплого, перехідного і холодного періоду року за наступними умовами:

· за надлишками явної теплоти;

· за масою шкідливих та вибухонебезпечних речовин, що виділяються;

· за надлишками вологи (водяної пари);

· за надлишками повної теплоти;

· за нормованою кратністю повітрообміну;

· за нормованою питомою витратою приточного повітря.

Визначивши тип будівлі, в якій знаходиться приміщення, керуючись відповідним нормативним документом для даної будівлі і техзаданием на проектування системи вентиляції, проводять відповідні розрахунки. З отриманих розрахункових величин повітрообмінів для подальших розрахунків приймається максимальна. Якщо, що часто буває на практиці, техзавдання на проектування не містить повної інформації, або відсутнє взагалі, керуються рекомендованими кратностями повітрообмінів для відповідних типів приміщень.

На наступному етапі, керуючись техзавданням та будівельними кресленнями будівлі, приступають до побудови аксонометричних схем вентсистем. На даних схемах позначають розподіл повітряного потоку по приміщеннях, напрямок і кількість повітря в кожному з них.

Далі, встановивши кількість повітря по магістралях і відгалуженням систем, кількість повітророзподільних пристроїв, роблять розрахунок розмірів перерізів вентканалів і підбір решіток, анемостатів або дифузорів відповідно їх живих січень. При цьому беруться до уваги рекомендовані швидкості руху повітря в каналах і на виході із решіток для різних типів будинків. Приміром, для виробничих приміщень швидкість в сталевих повітроводах не повинна перевищувати 8 м / с, на виході з решіток - 3 м / с, для громадських будівель ці величини відповідно 5 i 1,5 м / с, житлових - 4 i 1 м / с. Проводять розрахунок і підбір відповідних комплектуючих, - нагрівачів, фільтрів, різних клапанів і т.п.

Потім виконується аеродинамічний розрахунок вентсистеми. Береться найдовша і найбільш навантажена гілка повітряної мережі. З урахуванням матеріалу повітроводів, їх протяжності, кількості та видів місцевих опорів (відводи, конфузори і дифузори, трійники і т.п.), враховуючи падіння тиску на решітках, в комплектуючих системи визначається аеродинамічний опір вентиляційної мережі.

Величини необхідної витрати, опору мережі, а також деякі конструктивні особливості обслуговуваного приміщення є вирішальними факторами при виборі вентилятора або вентустановки для даної вентсистеми.

Дата добавления: 2015-07-11