Р о з д і л о д и н а д ц я т и й

Аеродинамічний розрахунок систем вентиляції

Аеродинамічний розрахунок системи вентиляції (СВ) виконують після розроблення планів, на основі яких викреслюють переважно масштабну аксонометричну схему. По аксонометричній схемі і планах визначають довжини окремих ділянок, відгалужень і розрахункової магістралі СВ.

Розрізняють дві задачі аеродинамічного розрахунку СВ:

• пряму, в результаті розв’язування якої визначають розміри поперечного перерізу всіх ділянок трубопровідної системи за відомої витрати повітряних потоків (повітря) в них, втрати тиску на окремих ділянках і розрахункової магістралі загалом; забезпечують ув’язання втрат тиску у відгалуженнях від магістралі; визначають втрати тиску в системі із врахуванням втрат тиску в устаткованні.

• обернену, в результаті розв’язування якої, за відомої конфігурації системи і розмірів окремих ділянок, визначають витрати повітря як в окремих ділянках, так і в системі загалом.

Необхідно зазначити, що пряма задача розв’язується на стадії проєктування СВ, а обернена – при пусконалагоджувальних роботах і реконструкції СВ.

11.1. Інженерні методи визначення втрат тиску в трубопроводах СВ

При русі повітряного потоку в трубопроводі, у пристінній його області (зоні), виникає опір тертя. Рівнодійна сил опору скерована в протилежну до напрямку руху потоку сторону і паралельна до нього.

Втрати тиску на подолання опору тертя називають втратами тиску на тертя (лінійними втратами тиску) і позначають .

Тертя не є єдино можливою причиною, яка спричиняє втрати тиску. Різкі зміни перерізу потоку і зміна напрямку його руху також спричиняють втрати тиску. Ці втрати називають місцевими втратами тиску (втратами тиску в місцевих опорах) і позначають .

Отже втрати тиску на ділянці трубопровідної мережі, при русі повітряного потоку в ній, складаються з втрат тиску на тертя і втрат тиску в місцевих опорах

. (11.1)

Різницю тисків, що зумовлена опорами тертя, визначають за залежністю Дарсі-Вейсбаха

, (11.2)

де - коефіцієнт тертя; - довжина трубопроводу (ділянки трубопроводу),м ; - густина потоку, кг/м³; - середня за витратою швидкість потоку, м/с; – еквівалентний за швидкістю діаметр (серединник) трубопроводу, м.

На сьогодні використовують повітропроводи прямокутного, круглого і еліптичного (спірально-навивні) перерізів.

Вибір між повітропроводами прямокутного і круглого перерізів є компромісним розв’язанням, при якому враховують різні чинники, а саме: втрати корисного об’єму приміщень і будинку загалом; інвестиційні витрати; жорсткість і міцність повітропроводів.

Прямокутні повітропроводи традиційно застосовують для малошвидкісних СВ громадсько-житлових будинків, а круглі (еліптичні) для високошвидкісних СВ будинків різного призначення. Круглі повітропроводи мають більшу жорсткість, порівняно з прямокутними, а тому можуть виготовлятись із більш тонкого матеріялу. Крім цього, підвищена жорсткість знижує вібрацію стінок при русі повітря.

---

Всі повітропроводи розраховують спочатку як круглі. Для переходу від прямокутних (еліптичних) до круглих використовують еквівалентні діаметри. Останні визначаються за умов: рівності витрат повітря і втрат тиску при різних швидкостях його руху; рівності швидкостей і втрат тиску при різних витратах повітря. У вітчизняній практиці найчастіше використовують другий спосіб, а в зарубіжній – перший.

• Еквівалентний діаметр (серединник), при рівності швидкостей і втрат тиску, визначають за формулою

, (11.3)

де а і b – розміри сторін прямокутного повітропроводу .

• Еквівалентний діаметр, за рівності витрат повітряного потоку і втрат тиску, визначають за формулою

. (11.4)

Різницю тисків на довжині 1 м трубопроводу називають одиничним падінням тиску R (питомим опором трубопроводу). Величину R визначають із залежності , тобто

. (11.5).

Для гладких трубопроводів залежить тільки від числа Re, а для шорстких – від числа Re і відносної шорсткості (де – виміряна в мм абсолютна шорсткість стінок трубопроводу).

Зручними для визначення , при турбулентному режимі руху, є формули:

• Альтшуля для шорстких трубопроводів

; (11.6)

• в гладких трубопроводах при Re> 210³

. (11.7)

Число Re визначають за формулою

, (11.8)

де - коефіцієнт кінематичної в’язкості повітря (табл.11.1).

Таблиця 11.1

Значення кінематичної в’язкості деяких газів [1]

Газ	104, м2/с, при температурі
	0	20	50	100
Повітря	0,133	0,151	0,178	0,232
Метан	0,145	0,165	0,197	0,256
Етилен	0,075	0,086	0,104	0,138

Абсолютна шорсткість k матеріялу повітропроводів відповідає усередненій висоті виступів шорсткості в мм і приймається: для листової сталі (бляхи) і вініпласту – 0,1; для шлакогіпсових плит – 1,0; для цегляних необтинькованих каналів – 5 ... 10 ; для цегляних обтинькованих каналів - 3 ... 6 ; для гумових вентиляційних рукавів – 0,006 ... 0,01.

Якщо в формулі Дарсі-Вейсбаха (11.2) замінити величину питомими втратами тиску на подолання опору тертя , Па/м, то отримаємо залежність, яка використовується в інженерних методах розрахунків повітропроводів

, Па (11.9)

де – коефіцієнт, який враховує шорсткість матеріялу трубопроводу (табл. 11.2).

Таблиця 11.2

Значення поправного коефіцієнта [2]

Швидкість , м/с	, при в мм
	0,01	0,2	0,5	2	5	10	15	20
0,3	0,996	1,005	1,019	1,082	1,183	1,309	1,407	1,488
0,5	0,993	1,008	1,031	1,127	1,267	1,413	1,552	1,650
1,0	0,986	1,015	1,057	1,216	1,420	1,637	1,792	1,915
2,5	0,966	1,034	1,120	1,388	1,682	1,973	2,173	2,329
3	0,960	1,039	1,136	1,429	1,740	2,045	2,254	2,418
5	0,938	1,057	1,189	1,549	1,908	2,253	2,487	2,669
10	0,894	1,088	1,270	1,712	2,130	2,524	2,790	2,996
15	0,861	1,107	1,316	1,800	2,247	2,666	2,948	3,166

---

Величину R приймають по номограмах (наприклад, рис. 11.1, 11.2), або таблицях аеродинамічного розрахунку металевих круглих повітропроводів [3].

Рис. 11.1. Номограма для розрахунку сталевих повітропроводів круглого перерізу [4]

Рис. 11.2. Номограма для розрахунку сталевих повітропроводів прямокутного перерізу [4]

Номограми (рис.11.1, 11.2) побудовані для стандартного повітря з густиною 1,2 кг/м³ і температурою 20 ^оС. Втрати тиску за інших температур повітряних потоків можна розрахувати за формулою

, (11.10)

де С – поправний коефіцієнт (табл. 11.3).

Таблиця 11.3

Значення поправного коефіцієнта С

Температура повітря, оС	50	75	100	125	150
С	1,014	1,029	1,035	1,045	1,054

Коефіцієнт тертя, а отже і величина R, залежить від тиску і густини (температури) повітряного потоку. Для двох різних умов температури і тиску () і () справедливе співвідношення

. (11.11)

В результаті експериментальних досліджень встановлено, що коефіцієнти тертя для труб із поліетилену, перхлорвінілу та інших пластмас, скла, азбестоцементу, алюмінію, латуні, міді і плюмбію (свинцю) можна приймати як для гладких труб. Також встановлено, що опір тертя пластмасових труб на 30 % менший від опору тертя оцинкованих сталевих труб, а тому пластмасові повітропроводи можна розраховувати як гладкі.

Втрати тиску в місцевих опорах розрахункової ділянки трубопроводу визначають за формулою Вейсбаха

, (11.12)

де - сума коефіцієнтів місцевих опорів на розрахунковій ділянці (кожний і-й місцевий опір приведений до розрахункової швидкості  на ділянці).

Коефіцієнти місцевих опорів вказані в довідковій літературі [4, 5, 6].

Необхідно пам’ятати, що при розрахунках суміжних ділянок, які поєднані спільним місцевим опором (трійником, хрестовиною тощо), коефіцієнт місцевого опору переважно відноситься до швидкості на ділянці з меншою витратою.

Загальні втрати тиску у вентиляційній системі рівні сумарним втратам тиску в ділянках розрахункової магістралі СВ із врахуванням втрат тиску в устаткованні (обладнанні), агрегатах і елементах.

Розрахункова магістраль СВ відповідає найдовшому і найскладнішому шляху руху повітря в системі та найзавантаженішому за витратою і складається із послідовно поєднаних ділянок.

Ділянкою СВ називають повітропровід певної довжини, у межах якогї витрата і швидкість, а також форма і матеріял повітропроводу незмінні. Границею між окремими ділянками системи переважно служать трійники і хрестовини.

Підставивши значення (11.2) і (11.12) в формулу (11.1) одержують формулу для визначення сумарних втрат тиску на розрахунковій ділянці трубопровідної мережі

. (11.13)

2. Методи аеродинамічного розрахунку механічних СВ

Аеродинамічний розрахунок трубопроводів СВ виконують за два етапи:

• розрахунок ділянок магістралі системи;

• розрахунок ділянок відгалужень від магістралі.

---

Існують три принципові підходи в розрахунках повітропроводів СВ:

а) зменшення швидкостей в напрямку руху повітря; б) дотримання рівних втрат тиску у вузлових точках; в) врахування відновлення статичного тиску.

Вибір значень швидкості базується на досвіді і є компромісом двох протилежних рішень: прийняття високих швидкостей і малих поперечних перерізів повітропроводів, що пов’язано з економією об’єму для трубопроводів і інвестиційних витрат; прийняття помірних швидкостей, при яких досягається оптимальний рівень шуму і вібрації, а також економічні тиски вентиляторів. Метод врахування відновлення статичного тиску пов’язаний з ефективним використанням енергії, що вивільняється.

Потрібно враховувати, що втрати і надходження теплоти через стінки трубопроводів зростають зі збільшенням розмірів поперечного перерізу і зменшенням швидкостей повітря.

а) Зменшення швидкостей повітря від вентиляторів до кінцевих отворів СВ Для малошвидкісних систем швидкості повітря приймають згідно рекомендацій табл. 11.4 і 11.5. Метод придатний для конструкційно нескладних схем СВ. Для ув’язання втрат тиску у відгалуженнях вимагається встановлення регуляторів витрати (клапанів).

У високошвидкісних системах швидкість повітряних потоків в трубопроводах 12 ... 25 м/с (а в деяких проєктах США до 40 м/с). Тиск вентиляторів 2 ... 4 кПа. Переваги цих систем: економія об’єму для розміщення повітропроводів; монтажна гнучкість; висока чутливість щодо регулювання витрати, яка спричиняється високим тиском.

Ці переваги мінімізуються зростанням споживання енергії, більш високим рівнем шуму і вібрацією, підвищеними вимогами до жорсткості і якості виготовлення повітропроводів.

В повітропроводах (сталевих, пластмасових, керамічних) рекомендуються більші швидкості ніж у вентиляційних каналах (цегляних, бетонних тощо).

Таблиця 11.4

Рекомендовані швидкості повітря без твердих домішків

в трубопроводах СВ будинків різного призначення [4]

Будинки і приміщення	Магістральні трубопроводи		Відгалуження
	для притоку*	для рециркуляції	для притоку	для рециркуляції
Житлові	3 ... 5	4	3	3
Готельні номери	5 ... 7	7	6	5
Офіси, бібліотеки	6 ... 10	7	8	6
Театри, концертні зали	4 ... 7	6	4	4
Установи, ресторани, універсальні торгові центри, банки	7 ... 10	7	4	3

Заувага. ^*Менші значення приймають для мінімізації рівня шуму, спричиненого рухом повітря, а більші – як оптимальні щодо втрат тиску на тертя.

Таблиця 11.5

Рекомендовані швидкості повітря (без твердих домішок)

на ділянках, в пристроях і устаткованні СВ [7]

Ділянки, пристрої і устатковання	Рекомендовані швидкості повітряного потоку, м/с, при спонуканні руху в системі
	природному	механічному
		громадські будинки	промислові будинки
Жалюзі повітрозабору	0,5 ... 1,0	2 ... 4	4 ... 6
Шахти для притікального повітря	1 ... 2	2 ... 6	4 ... 6
Горизонтальні і збірні повітропроводи	1 ... 1,5	5 ... 8	6 ... 10
Вертикальні повітропроводи	1 ... 1,5	2 ... 5	5 ... 8
Повітророзподільні гратки біля стелі	0,5 ... 1,0	0,5 ... 1,0	1,0 ... 2,5
Гратки для витікального повітря	0,5 ... 1,0	1 ... 2	1 ... 3
Труби і шахти для витікального повітря	1,5 ... 2,0	3 ... 6	5 ... 8

---

б) Забезпечення однакових втрат тиску у відгалуженнях від вузлових точок. Метод особливо придатний для симетричних СВ. При ньому легше ув’язуються опори відгалужень від вузлових точок, порівняно з першим методом (методом „а”). У відгалуженнях різної довжини необхідно приймати різні питомі втрати тиску на тертя (більші для коротких відгалужень, а менші – для довгих відгалужень). Максимальна швидкість в нагнітальному отворі вентилятора приймається за умови малошумності його дії. Для ув’язання опорів (втрат тиску) відгалужень використовують регулятори витрати (дросель – клапани) і автоматичні пристрої в кінцевих повітророзподільниках системи.

в) Відновлення статичного тиску. Принцип методу полягає у використанні відновленого статичного тиску в трійниках систем притікальноі вентиляції (при розділенні сумарного потоку на два потоки) для компенсації втрат тиску на наступній за кожним трійником ділянці. Простий приклад зображений на рис. 11.3. Розмір поперечного перерізу повітропроводу на ділянці 0-1 знаходять за методом „а” чи „б”. Нехай коефіцієнт відновлення статичного тиску в трійнику . Тоді корисне відновлення статичного тиску в трійнику 1-2 буде рівним _. Цей тиск можна використати для подолання опору тертя на ділянці 2-3. Подібний розрахунок виконують для трійника 3-4 та всіх інших трійників і ділянок розрахункової магістралі системи. Одним із переваг цього методу є те, що статичний тиск в кожному із відгалужень магістралі є однаковим, що полегшує ув’язання втрат тиску.

Рис. 11.3. Схема застосування методу відновлення статичного тиску

при розрахунках повітропроводів СВ

2. Особливості аеродинамічного розрахунку

малошвидкісних СВ

Аеродинамічний розрахунок СВ складається з двох етапів: розрахунку ділянок магістралі системи; розрахунку відгалужень від магістралі і ув’язання втрат тиску в них.

Розрахунок виконують у такій послідовності:

1. Визначають довжину окремих ділянок системи (з точністю до 0,1 м) і витрату повітряного потоку в них, починаючи з периферійних ділянок системи.

2. Вибирають основний напрямок – магістраль системи. Виявляють найбільш протяжений ланцюжок послідовно поєднаних ділянок із найбільшими витратами повітря. Фіксують устатковання (обладнання), агрегати і елементи, в яких відбуваються втрати тиску: повітрозабір, послідовно поєднане устатковання і агрегати повітроготувальника, повітророзподільник тощо.

3. Нумерують ділянки магістралі. Нумерацію починають від ділянки з найменшою витратою повітря. Номер, витрату і довжину кожної наступної послідовно поєднаної ділянки магістралі заносять в таблицю аеродинамічного розрахунку (табл. 11.6). Потім нумерують ділянки відгалужень від магістралі.

4. Орієнтуючись на рекомендовані швидкості повітря (табл. 11.4, 11.5) і потрібні витрати повітря, по номограмах (рис.11.1, 11.2) або таблицях [3] визначають розміри поперечного перерізу повітропроводів і фактичну швидкість руху повітря в них, а також питомі втрати тиску на подолання опору тертя R, Па/м.

---

Смотрите также файлы

• K_13_14.doc

• Ищем отличия windows and Linux.doc

• Ryady.doc

• Cherednichenko_I_P__Telnyh_N_V_-Psihologia_up.doc

• Автоматизированное рабочее место администратора спортивного комплекса.docx