Способ моделирования воздушных течений в вентилируемом помещении с тепловыделениями Советский патент 1991 года по МПК F24F7/00 

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 отопитель- но-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.

Цель изобретения - повышение точности моделирования и обеспечение возможности управления схемой циркуляции воздушных потоков в помещении с источник 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 воздухораспределителя, равенства вышеупомянутого соотношения энергий в модели и натуре.

Сущность изобретения состоит в том, что соотношение энергий приточной и консл

С

о

со

00

о о

вективной струй определяют не во всем объеме помещения, а только в определенной области, что значительно поощаег процесс и увеличивает полноту подобия модели и натуры.

В вентилируемых помещениях для моделирования теплозоздушных процессов требуется выдержать равенство в модели и натуре чисел Архимеда и обеспечить в модели величины чисел Роаея л Рейнольдсб,

В одно и то же помещение или в помещение и его модель воздух можно раздавать одним и тем же способом -ерез однотипные воздухораспределители, но отличающиеся друг от друга значением коэффициента изменения скоростей с вэздушной струе. В этом случае схемы циркуляции будуч также отличаться, хотя соотношение энергии струй в объеме помещения (модели) во всех случаях будет одно и го же.

все это является причиной того, что число К не всегда работает, а следогателы-о, возможность регул /,ропания воздухораспределителя или изменение мощности теплоисточника становится неопределенней. Для повышения то -носли моделирования вентиляционного помещения с теплоисточником проводят следующие действия: определяют направление приточной -л конвективной струй в соответствии с условиями натурного объекта; изменяют расход воздуха в приточной струе л1160 pei улируют положение направляющих шемемтов воздухораспределителя, тем самым попадают f так называемую область лвтомодельчо- сти, что гарантируе 1 пслучэнме и модели развитых турбулентных течений.

По известному способу достигается более менее точное моделирование перемещения воздушных потоков в помещении с приточными и конвективными струями, но полученные зависимости между характеристиками распределения температур, скоростей, концентраций с вентилируемом помещении и величиной чисга К для отдельных способов организации воздухообмена является достаточно частными; их нельзя обобщить и распространить на другие случаи, Недостаточность числа при моделировании вентилируемых помещений с источниками тепловыделений видна из ми- хеприведенного примерз.

В одно и то же помещение с источниками тепловыделений приточный возцух можно раздать струям/ с; сдной и той же энергией через воздухораспределители с одной и той же плошгдью ж /isoro1 сечения, но различными способами, например, сверху вниз вертикальными груями, сверху гниз наклонными струями горизонгол jными струями в рабочую зону..Соотношение энергий приточных 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 возду- хораспределения идентичны, а на самом деле очевидно, что распределение температур и скоростей в сравниваемых случаях будет различным.

0 Зонами взаимодействия струй являются вполне материальные области конкретного воздушного пространства натуры и модели в пределах границ струйных течений и с центром в точке пересечения геометри5 ческих осей струй (в случае встречного движения соосиых струй - местом совпадения (пересечения) струй считается точка на оси, в которой плоскости воздушных потоков выравниваются).

0В результате перечисленных действий в

процессе физического моделирования получаем в модели воздушные потоки, реально движущиеся по схеме, подобной существующей в натурном объекте. Таким образом, в

5 предложенном изобретении воспроизводится схема циркуляции воздушных потоков в модели вентилируемого помещения, а значит, а более точно моделируются поля температур и скоростей воздуха. В предла0 гаемом способе реализуется возможность управления воздушными потоками в натуре и модели, что обеспечивает.как высокую точность моделирования, так и поиск опти5 мальныхрешенийсистем

воздухораспределения с целью снижения расходов теплоты и холода на кондиционирование и вентиляцию. Управление воздушными потоками осуществляют с помощью

0 системы приточных струй, изменяя способ их подачи или расход воздуха в этих струях. На фиг, 1 представлена схема взаимодействия приточной и конвективной струи в вентилируемом помещении с источником

5 тепловыделений; на фиг. 2 - различные схе- мы взаимодействия струй: 2а - вертикальных компактных - приточной и конвективной; 26 - вертикальных-приточ- ной веерной и конвективной; 2в - приточ0 вый из перфорированного потолка и конвективных.

Способ осуществляют следующим образом,

В помещении, имеющем источник (или

5 источники)тепловыделений 1 (см, фиг, 1 и 2), создающий конвективную струю 2 теплово-. го воздуха, и воздухораспредегительное устройство 3, образующее приточную струю 4 воздуха, направленную в помещение, происходят различные процессы перемещения воздушных масс в том или ином направлении, требующие учета и управления. В мес- Че 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 соос- ных струях в месте, где выравниваются скорость воздуха в них (фиг. 2).

На фиг. 1 и 2 путь, пройденный приточной струей до зоны взаимодействия, обоз- начен через X, расстояние от горизонтальной поверхности теплоисточника до зоны взаимодействия - через У, а высота зоны, циркуляция в которой формируется под действием приточной струи че- рез hn, a H - 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 объеме 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 (число Кх)

При моделировании это требование выполняют путем соответствующего расположениявоздухораспределителя, направления приточных струй, регулировки направляющих элементов воздухораспределителя (что приводит к изменению расхода воздуха в приточной струе, и варьированию ее характеристик), определения необходимой конвективной мощности теплоисточника.

Применение предлага емого способа моделирования позволяет достичь экономии тепловой и электрической энергии натурных объектов в размере до 0% по сравнению с применяемыми методами мо делирования и расчета систем механической вентиляции за счет уменьшения необходимых объемов при очного воздуха ч его рационального использования

Формула изобретения

Способ моделирования воздушных течений в вентилируемом помещении с тепловыделениями, включающий выявление взаимодействия приточной и конвективной струй в модели, соответствующей по числам геометрического, аэродинамического и теплового подобия помещению, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, моделирование проводят на расчетной точке, расположенной на пересечении геометрических осей приточной вентиляционной и тепловой струй, при этом изменяют скоростные и тепловые характеристики приточной вентиляционной струи в модели, воздействуя на конвективную тепловую струю по расчетной точке.

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.

Р«г- /