Основные сведения о приточных вентиляционных струях

Приточной струей называется поток, образованный принудительным истечением воздуха из отверстия. Струя распространяется в направлении истечения как прямой относительно узкий поток с расширяющимися границами.

Приточная струя называется свободной (схемы Б, Г), если ограждения помещения и соседние струи не влияют на характер ее развития.

Схема Б

Схема Г

Струю, распространяющуюся вдоль плоскости, называют настильной или полуограниченной (схемы А, Д, Ж), а струю, которая распространяется в относительно тесном помещении, – стесненной.

Схема А	Схема Ж
Схема Д

В зависимости от температуры струи по сравнению с температурой окружающего воздуха различают изотермические струи, имеющие ту же температуру, что и воздух в помещении, и неизотермические струи, имеющие температуру выше или ниже температуры воздуха в помещении.

Максимальные скорости движения V_x и избыточные температуры воздуха в струях располагаются на условных поверхностях максимальных параметров (ПМП). Скорости и избыточные температуры воздуха уменьшаются к границам струи и по мере удаления струи от места истечения.

В зависимости от направления скорости истечения приточные струи можно разделить на сосредоточенные и рассеянные. Векторы скорости истечения сосредоточенных струй параллельны, векторы скорости истечения рассеянных струй расходятся. К сосредоточенным струям относятся компактные и плоские, рассеянными являются веерные струи, конические и комбинированные.

Компактные струи образуются при истечении воздуха из отверстий круглой или близкой к квадратной формы. ПМП представляет собой прямую линию, совпадающую с геометрической осью струи.

Веерные струи образуются при принудительном увеличении угла раскрытия струи. Различают полные веерные струи, у которых угол раскрытия составляет 360°, и неполные, у которых этот угол менее 360°. ПМП представляет собой плоскость, совпадающую с плоскостью принудительного угла раскрытия струи.

Конические струи образуются также при принудительном увеличении угла раскрытия струи. ПМПпредставляет собой коническую поверхность, причем, образующая конуса является аэродинамической осью струи. Коническая струя по мере удаления от начала истечения может трансформироваться в компактную, т.е. образуется коническая смыкающаяся струя, ось которой совпадает с геометрической осью воздухораспределителя.

Плоские струи образуются при истечении из вытянутых прямоугольных отверстий с отношением сторон . ПМП представляет собой плоскость, совпадающую с геометрической плоскостью симметрии струи, параллельной большей стороне прямоугольного отверстия. Образующаяся при истечении из вытянутого прямоугольного отверстия струя рассчитывается как плоская на расстоянии , где a₀ – размер большей стороны прямоугольного отверстия; при струя рассчитывается как компактная.

Максимальные параметры воздуха на основном участке находят по формулам для компактных, веерных и конических струй:
(1)
(2)

для плоских струй при :
(3)
(4)

Для плоских струй при значения V_x и Δt_x определяют по формулам (1) и (2), где принимают ; и (m₁ и n₁ — скоростной и температурный коэффициенты ВР, образующих плоские струи).

Изотермическими следует считать условия, при которых температура струи не отличается от температуры воздуха в помещении, а развитие струи происходит под воздействием инерционных сил ().

В неизотермических условиях развитие приточных струй происходит под влиянием инерционных и гравитационных сил, возникающих за счет разности плотностей воздуха в струе и в помещении. Соотношение этих сил влияет на форму траектории и значения максимальных параметров воздуха в струе ().

При подаче «охлажденного» воздуха, когда его температура ниже средней температуры воздуха в помещении, гравитационные силы могут «оторвать» приточную струю от потолка при подаче по схемам А, Д, Ж, или увеличить угол наклона струи (схема Б), при этом расчетная длина струи уменьшается и она достигает рабочую зону с параметрами выше заданных (нормируемых).

Схема А	Схема Б	Схема Ж
Схема Д

При подаче нагретого воздуха, когда его температура выше средней температуры воздуха в помещении, гравитационные силы направлены вверх и стремятся «затормозить» приточную струю, возникает опасность ее «всплывания» и, как следствие, недогрева обслуживаемой зоны. Учитывая этот факт, наиболее эффективными для работы СВ и СКВ в режиме воздушного отопления являются схемы:

схема Б – сверху вниз наклонными струями

схема В – горизонтальными струями выше рабочей зоны

смеха Г – сверху вниз компактными, коническими и неполными веерными струями

Существует два подхода для расчета траектории неизотермических струй.

Первый подход – по комплексному параметру H – геометрической характеристике, зависящей от структурных параметров воздухораспределителя (коэффициентов m и n) и условий на истечении F₀, V₀, ∆t₀.

Второй подход – по безразмерной характеристике струи – критерию Архимеда Ar_x на определённом расстоянии от воздухораспределителя, также зависящему от приведённых выше параметров и от рассматриваемой длины струи.

Критические условия, характеризующие изменение траектории неизотермических струй, для первого и второго подходов идентичны между собой, и при расчётах в некоторых случаях результаты могут незначительно различаться.

В настоящих «Указаниях по расчёту и практическому применению воздухораспределителей» приводятся расчётные зависимости, основанные на первом подходе с использованием геометрической характеристики H.

Предельное значение избыточной температуры приточной струи (как нагретой, так и охлажденной), при котором обеспечивается сохранение расчетной схемы подачи, в общем виде определяется по формуле:
(5),
где К – коэффициент, зависящий от типа струи, схемы подачи воздуха (А, Б, Г, Д, Е и Ж) и направления действия инерционных и гравитационных сил. Значения коэффициента К приведены далее в соответствующих формулах при рассмотрении каждой схемы.

Влияние гравитационных сил на значения максимальных параметров воздуха в струе V_x и Δt_xучитывается при условии свободного развития струи (схемы Би Г) коэффициентом неизотермичности K_н, зависящим от геометрической характеристики струи Н.

Геометрическая характеристика H – комплексный параметр, характеризующий неизотермичность струи, имеет размерность [м]. Для компактных, конических и веерных струй:

(6)

для плоских струй:
(7)

Величина K_н при наклонной подаче (схема Б) определяется по формуле:

(8),

Величина K_н при вертикальной подаче воздуха сверху вниз (схема Г) может быть рассчитана по следующим формулам:

- для компактных и конических струй:
(9)

- для неполных веерных струй:
(10)

- для плоских струй:
(11)

В формулах (8-11) знак «+» соответствует подаче охлажденного воздуха, знак «-» – подаче теплого воздуха.

При вертикальной подаче теплого воздуха формулы (9-11) справедливы при значении .

Если , то К_н определяется по графику в зависимости от параметра и от относительной дальнобойности вертикальной струи .

График для определения коэффициента неизотермичности при

Относительная дальнобойность вертикальной струи также зависит от
параметра и определяется по соответствующему графику.