Способ моделирования воздушных течений в вентилируемом помещении с тепловыделениями
Изобретение позволяет повысить точность моделирования воздушных течений в вентилируемом помещении с тепловыделениями в лабораторных условиях. Выявляют взаимодействие приточной и конвективной струй в модели, соответствующей по числам геометрического, аэродинамического и теплового подобия помещению. Моделирование проводят на расчетной точке, расположенной на пересечении геометри-1 ческих осей приточной вентиляционной и тепловой струй. Изменяют скоростные и тепловые характеристики приточной струи в модели, воздействуя на конвективную тепловую струю в расчетной точке. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (зпю F 24 F 7/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР и
М ли
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А8Т0РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4751116/29 (22) 16.10.89 (46) 30.10.91, Бюл. И 40 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт охраны труда ВЦСПС в Ленинграде (72) Г.М.Позин и В.И.Буянов (53) 697.92 (088.8) (56) Эльтерман В.М. Вентиляция химических производств. М.: Химия, 1980, с. 85 — 91, (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЗ-ДУШНЫХ ТЕЧЕНИЙ В ВЕНТИЛ IPYEMOM
ПОМЕЩЕНИИ С ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯМИ
Изобретение относится к исследованию объектов строительства зданий и может быть использовано для моделирования вентилируемых помещений с тепловыделениями в лабораторных условиях, а также при последующем проектировании отопительно-вентиляционных систем в натуре..
Способ включает создание геометрического, теплового и гидродинамического подобия,модели и натуры, Известен способ моделирования вентилируемых помещений с источниками тепловыделений, учитывающий определяющие критерии теплового, гидродинамического, геометрического подобия и соотношение (безразмерное число К) кинетических энергий приточных и конвективных струй в объеме всего помещения.
Однако в известном способе определение указанного соотношения проводится в . объеме всего помещения, что делает результаты моделирования недостаточно достоверными.
„„5 3 „„1688061 Al (57) Изобретение позволяет повысить точность моделирования воздушных течений в вентилируемом помещении с тепловыделениями в лабораторных условиях. Выявляют взаимодействие приточной и конвективной струй в модели, соответствующей по числам геометрического, аэродинамического и теплового подобия помещению. Моделирование проводят на расчетной точке, расположенной на пересечении геомет ри. ческих осей приточной вентиляционной и тепловой струй. Изменяют скоростные и тепловые характеристики приточной струи в модели, воздействуя на конвективную тепловую струю в расчетной точке. 2 ил.
Цель изобретения — повышение точности моделирования и обеспечение возможности управления схемой циркуляции воздушных потоков в помещении с источни. ком тепловыделений, что приводит к экономии тепловой и электрической энергии.
При моделировании вентилируемого помещения с источником тепловыделений, включающем определение геометрических размеров модели, расхода воздуха и мощности тепловыделений, в модели дополнительно определяют энергии приточной и конвективной струй и, по соотношению указанных энергий в области пространства помещения, лежащей в пределах границ этих струй с центром в точке пересечения их геометрических осей, добиваются, регулируя положение направляющих элементов воз- . духорасп ределителя, равенства вы шеупомянутого соотношения энергий в модели и натуре.Сущность изобретения состоит в том, что соотношение энергий приточной и кон1588061
45 вективнол струй определя, -от не во всем объеме помещения, а только в определенной области, что значительно уп.3ощает процесс и увеличчлвает полноту поLîáèÿ модели и натуры.
В вентил<лруемых паме цениях для Одним и тем же спосо<зом -<:ерез однотипнь1е воздухораспределители, но отличаюц иеся друг от друга значением коэффициен.га изменения скоростей в воздушной стр:,, В 3Tov случае схемы ц <ркуляции будут также Отличаться, хотя соо гнoц< ение энергии струй в объеме поме.ценил (I 1одели) во всех случаях будет одно и то же. Все это является прич<лной того, что число К не всегда "работает", а следо ательно, воэможность регулирования воэдухорас иределителя или изменение мощности теплоисточника становитс51 неопределеннсй. ,Цля повышения то ности I,oä8ëMðoBBHMB вентиляционного помещени-. с теплоисто«н<лком проводят следующие действия: опседеляют направлеHMе приточной,л IcoHB8IcTMBHoM струл в соответствии с условиями натурного объекта; изменяк3т расход воздуха в приточной струе либо реl улируют положение направля<ощи1(-1лемен, Ов всздухорасп138делителя, тем са<лым попадают в T;II(называемую сбласть автомодельно сти, что гарантирует получение B модели развитых турбулентных .течений. По известному способу достигается более менее точное моделирование перемещения воздушных потоков 13 помещении с. приточными и конвектлвными струями, но полученные зависимости между характеристиками распределения температур, скоростей, концентраций B вентилируемсм помещении и величиной числа К для отдельных способов организации эоэдухообмена является достаточно частнь:ми; их нельзя обобщить и распространить на другие случаи, Недостаточность чи:ла при моделировании вентилируемых г омещений с источниками тепловыдалений видна мэ нижеприведенного примера. В одно и то же пс<мещен118 с исто <н<лками тепловыделений притачный воздух мо>кно раздать струями " одной л той же энергией через воздухсраспределители с одной и TDM же плошадью ж Ивогo сечения, но различными способа(и, например, сверху вниз вертикальHûìè т:.lóël"iè, сBBp3:ó вниз наклонными струя<1и 1л ГориэОнгалзными струями в рабочую зону.,Соотношение энергий при-гочных и конвективных струй в объеме всего помещения в рассматриваемых случаях будет одно и то же, т.е, с точки зрения числа К, эти варианты систем воздухораспределения идентичны, а на самом деле очевидно, что распределение температур и скоростей в сравниваемых случаях будет различным. Зонами взаимодействия струй являются вполне материальные области конкретного воздушного пространства натуры и модели в пределах границ струйных течений и с центром в точке пересечения геометрических осей струй (B случае встречного движения соос1чых струй — местом совпадения (пересечения) струй считаешься точка на оси, в которой плоскости воздушных потоков выравниваютсятся). В результате перечисленных действий в процессе физического моделирования получаем в модели воздушные потоки, реально движущиеся по схеме, подобной существующей в натурном объекте. Таким образом, в предложенном изобретении воспроизводится схема циркуляции воздушных потоков в модели вентилируемого помещения, а значит, а более точно моделируются поля температур и скоростей воздуха. В предлагаемом способе реализуется возможность управления воздушными потоками в натуре и модели, что обеспечивает.как высокую точность моделирования, так и поиск оптимальных решений систем воздухораспределения с целью снижения расходов теплоты и холода на кондиционирование и вентиляцию, Управление воздушными потоками осуществляют с помощью системы приточных струй, изменяя способ их подачи или расход воздуха в этих струях, На фиг, 1 представлена схема взаимоде<лствия приточной и конвективной струи в вентилируемом помещении с источником тепловыделений; на фиг. 2 — различные схемы взаимодействия струй: 2а — вертикальHei)c компактных — приточной и конвективной: 2б — вертикальных-приточной веерной и конвективной; 2в — приточный иэ перфорированного потолка и КОН BPKTM ВН ЫХ. Способ осуществляют следую(дим обРс<ЗОМ, В помещении, имеющем источник (или источники) тепловыделений 1 (см, фиг, 1 и 2), . создающий конвективную струю 2 теплово-. го воздуха, и воэдухораспредегитель(чое устройства 3, образующее приточную струю 4 воздуха, направленную в помещение, происходят различные процессы перемещения воэдушнь<х масс в том или ином направле1688061 нии, требующие учета и управления. В месте пересечения приточной 4 и конвективной 3 струй образуется зона взаимодействия 5, размер которой определяется границами этих струй, а центр находится на пересече-. нии их геометрических осей или при соосных струях в месте, где выравниваются скорость воздуха в них (фиг. 2). На фиг. 1 и 2 путь, пройденный приточной струей до зоны взаимодействия, обозначен через Х, расстояние от горизонтальной поверхности теплоисточника до эоны взаимодействия — через У, а высота зоны, циркуляция в которой формируется под действием приточной струи через йл, а Н вЂ” расстояние от поверхности теплоисточника до потолка помещения. Все величины измеряются реальными метрами в натуре и модели.. Поскольку в изобретении предложено определять соотношение энергий взаимодействующих струй не во всем обьеме помещения, а только (фиг. 1) в определенных зонах взаимодействия 5 с размерами в границах приточной 4 и конвективной 2 струй, то в величины кинетических энергий взаимодействующих струй войдут характеристики струйных течений, которые можно изменять воздействием на элементы воздухораспределителя и др. Таким образом, к условиям, которые необходимо выполнить по известному способу, добавляется еще одно (повышающее точность); обеспечение равенства материальным воздействием на физические детали и устройства в модели и натуре в определенных характерных зонах воздушного пространства взаимодействия струй, соотношения энергий приточной и конвективной струй в этих зонах (числа К ). При моделировании зто требование выполняют путем соответствующего располо5 жения воздухорасп редел ителя, направления приточных струй, регулировки направляющих элементов воздухораспределителя (что приводит к изменению расхода воздуха в приточной струе, и 10 варьированию ее характеристик), определения необходимой конвективной мощности теплоисточника. Применение предлагаемого способа моделирования позволяет достичь зконо15 мии тепловой и электрической энергии натурных обьектов в размере до I0";4 по сравнению с применяемыми методами моделирования и расчета систем íо.хани еской вентиляции за счет уменьшения 20 необходимых обьемов приточного воздух» и его рационального использования, Формула изобретения Способ моделирования воздушны" течений в вентилируемом помещении с тепло25 выделениями, включающий выявление взаимодействия приточной и конвективной струй в модели, соответствующей по числам геометрического, аэродинамического и теплового подобия помещению, о т л и ч а ю щ30 и и с я тем, что, с целью повышения точности, моделирование проводят на расчетной точке, расположенной на пересечении геометрических осей приточной вентиляционной и тепловой струй, при этом изменяют 35 скоростные и тепловые характеристики приточной вентиляционной струи в модели, воздействуя на конвективную тепловую струю по расчетной точке. Я г. Г Составитель Е. Егоров Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В. Гирняк Редактор А. Долинич Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, yr,.Ãàãàðèíà, 101 Заказ 3700 Тираж 377 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
