Эжекционный способ создания тяги в вентиляционных и дымовых трубах с использованием энергии ветра
Владельцы патента RU 2447366:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)
Изобретение относится к области вентиляции и может быть использовано при строительстве и реконструкции дымовых труб, зданий, сооружений и помещений. Способ состоит в том, что набегающий на наветренную сторону трубы поток воздуха через специально выполненные окна или отверстия в стенках трубы вводят в вентиляционную или дымовую трубу с поворотом потока в сторону ее среза, смешивают его с потоком отсасываемого воздуха и далее удаляют оба потока через срез вентиляционной или дымовой трубы и окна или отверстия на ее подветренной стороне. При предложенном способе создания тяги для более эффективного удаления отсасываемого воздуха используется скоростной поток энергии ветра. 3 ил.
Изобретение относится к области искусственной (принудительной) вентиляция и может быть использовано при создании и реконструкции дымовых труб, зданий, сооружений и помещений.
Механическая вентиляция при больших объемах перемещаемого воздуха и преодолении при этом малых сопротивлений во многих случаях нерациональна. Она требует устройства больших вентиляторов, т.е. больших первоначальных затрат, поглощает много энергии и требует повседневного ухода за собой (Малахов М.А. Проект естественно-механической вентиляции жилого дома в Москве. \\ АВОК-2003-№3). При создании тяги в дымовых трубах даже вентиляторы не всегда решают поставленную задачу из-за высокой температуры и агрессивности дыма.
Желание решить вопросы вентиляции за счет природной энергии ветра привело к созданию воздушных дефлекторов. Эти устройства устанавливаются на вентиляционных трубах в зоне их обдува ветром, и они частично или полностью заменяют механические вентиляторы. Простейший дефлектор - это открытый ветру обычный срез дымовой или вентиляционной трубы (фиг.1). Его характеристики по отсосу приведены в «Технических заметках ЦАГИ №123, 1936 г., Б.Г.Мусатов. Вентиляционные дефлекторы». В настоящее время существуют различные конструкции дефлекторов, но действуют они на основании одного принципа. Он заключается в использовании подсасывающего воздействия струи ветра, увлекающей газ из среза вентиляционной трубы за счет турбулентного трения.
Этот способ вентиляции с помощью ветра, взятый за прототип, состоит в использовании понижения давления (создания разрежения) на срезе вентиляционной трубы при обдуве ее перпендикулярным оси потоком. Если срез трубы снабжен некоторым оголовком (зонтом и т.д.), то разрежение изменится, но принцип остается прежним. (В.П.Харитонов. Естественная вентиляция с побуждением. \\ АВОК-2006-№3, стр.46-52). Существующие способы вентиляции помещений с помощью энергии ветра только частично решают двуединую задачу вентиляции и применения энергосберегающих технологий.
Наиболее продуктивным будет полное использование энергии ветра - применение и скоростного напора, и донного разрежения, возникающего в ветровой тени за обдуваемыми ветром предметами (в т.н. аэродинамическом следе). В обычных дефлекторах на зданиях все направления ветра возможны, и это существенно усложняет задачу, поскольку наветренная (со стороны ветра) и подветренная стороны неопределенны и даже меняются местами.
Задача настоящего изобретения - модернизировать и интенсифицировать процесс удаления отсасываемого воздуха за счет использования и донного разрежения, и скоростного напора ветра.
Технический результат - увеличение создаваемого разрежения, увеличение расхода отсасываемого ветром воздуха или дыма, уменьшение габаритов вентиляционных систем.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в способе создания тяги в вентиляционных и дымовых трубах с использованием энергии ветра, включающем создание ветром разрежения на срезе вентиляционной или дымовой трубы, набегающий на наветренную сторону трубы поток воздуха через специально выполненные окна или отверстия вводят в трубу с поворотом потока в сторону ее среза, смешивают его с потоком отсасываемого воздуха и далее удаляют оба потока через срез трубы и окна или отверстия на ее подветренной стороне.
На фиг.1 приведена схема течения отсасываемого воздуха и струй ветра в известной вентиляционной или дымовой трубах и вокруг них (в прототипе).
На фиг.2 приведена схема организации течения отсасываемого воздуха и струй ветра в предлагаемом способе.
На фиг.3 дано распределение относительного статического давления вокруг круговой вентиляционной трубы (цилиндра) при ее поперечном обтекании воздухом.
Схема течения отсасываемого воздуха и струй ветра в вентиляционной или дымовой трубах и вокруг нее в известном способе, например при отсутствии оголовка, приведена на фиг.1. Здесь прямо используется подсасывающее воздействие струи ветра, увлекающей отсасываемый газ из среза вентиляционной трубы 1.
На фиг.2 приведена предлагаемая схема организации течения отсасываемого воздуха и струй ветра в вентиляционной или дымовой трубах и вокруг них. В выступающую в зону ветра часть вентиляционной трубы 1 через специально выполненные в стенке трубы окна или отверстия 2 вводят набегающий воздух. Одновременно эти втекающие струи поворачивают в сторону среза трубы, например, специальными рабочими поверхностями (отражателями) 3. Далее эти струи полностью или частично смешивают с отсасываемым воздухом. За счет энергии ветровых струй напор и расход отсасываемого воздуха увеличиваются. Затем эту смесь удаляют как через срез трубы, так и через окна или отверстия на подветренной стороне трубы (из-за пониженного давления здесь в зоне отрывного течения).
В подтверждение такой возможности на фиг.3 дано распределение относительного статического давления вокруг кругового цилиндра при его поперечном обтекании воздухом (из книги П.Чжен. Отрывные течения. Пер. с англ., изд. «Мир», Москва, 1972, т.1, стр.27). На фиг.3 φ-угол между направлением ветра и радиус-вектором точки на цилиндре (абсцисса в полярной системе координат); φ=0 - на наветренной стороне, φ=180° - на подветренной стороне, в зоне полной ветровой тени. На наветренной стороне в точке φ=0 статическое давление превышает атмосферное давление в невозмущенном потоке на скоростной напор 
=1. При φ=30° оно уменьшается до атмосферного давления 
, а уже при φ=60° и далее (до φ=180°) оно становится существенно меньшим атмосферного давления 
.
Физической основой предлагаемого нового способа вентиляции с помощью ветра является использование процесса дополнительного эжектирования (отсоса) удаляемого воздуха струями вводимого в трубу ветра. Входящие струи сначала отражателями разворачивают от первоначального перпендикулярного оси трубы направления до близкого к осевому направлению. Затем смешивают с удаляемым воздухом, в результате чего струи передают свою энергию и импульс удаляемому воздуху, как в обычном эжекторе, увеличивая развиваемое разрежение.
Кроме того, важным в предлагаемом способе является процесс удаления отсасываемого воздуха на подветренной стороне трубы через окна или отверстия, аналогичные тем, через которые с наветренной стороны вводят воздух. Это значительно увеличивает расход удаляемого воздуха по сравнению с тем, когда удаление производится только через срез вентиляционной трубы. В предлагаемом способе примерно вдвое также увеличивается достигаемое дефлектором предельное разрежение.
Способ создания тяги в вентиляционных и дымовых трубах с использованием энергии ветра, включающий создание ветром разрежения на срезе вентиляционной или дымовой трубы, отличающийся тем, что набегающий на наветренную сторону трубы поток воздуха через специально выполненные в стенке трубы окна или отверстия вводят в трубу с поворотом потока в сторону ее среза, смешивают его с потоком отсасываемого воздуха и далее удаляют оба потока через срез трубы и окна или отверстия на ее подветренной стороне.
