Mlazne struje u zatvorenom prostoru
Ventilacijski postupak za osiguranje mikroklime
Priroda raspodjele štetnih tvari u ventiliranoj prostoriji određena je uglavnom rezultirajućim zračnim strujanjima, koja zauzvrat ovise o usvojenoj metodi organiziranja izmjene zraka.
Odlučujuća uloga u formiranju polja temperature, brzine i koncentracije
nečistoća pripada dovodnim mlazovima i cirkulacijskim strujama koje stvaraju. Pomoću dovodnih mlaznica moguće je u pojedinim dijelovima prostorije osigurati određene parametre zraka koji se bitno razlikuju od onih u okolnom prostoru (zračni tuševi, zračne oaze); stvoriti zračne zavjese koje sprječavaju prodor hladnog zraka u prostoriju; koristiti uređaje koji olakšavaju upuhivanje štetnih tvari do mjesta njihova organiziranog uklanjanja (lokalno usisavanje s upuhivanjem).
Konvektivni (toplinski) mlazovi koji se stvaraju u blizini zidova i površina opreme čija se temperatura razlikuje od temperature okoline također mogu imati određeni utjecaj na distribuciju štetnih tvari u prostoriji.
Toplinski mlazovi koji se pojavljuju iznad grijane opreme doprinose uklanjanju topline i štetnih nečistoća u gornju zonu prostora. Snažna konvektivna strujanja prenose plinove i pare u gornju zonu prostora, čak i ako su teži od zraka.
Mlaz je strujanje tekućine ili plina s konačnim poprečnim dimenzijama određenim granicom mlaza. Tehnologija ventilacije bavi se mlazovima zraka koji se šire kroz zrak prostorije. Takvi mlazovi se nazivaju poplavljeni. Ventilacijski mlazovi su turbulentni.
Ovisno o izlaznoj temperaturi mlazovi se dijele na izotermne i neizotermne. Za izotermne mlazove, temperatura u cijelom volumenu jednaka je temperaturi okolnog zraka; za neizotermne mlazove, temperatura se mijenja kako se razvija, približavajući se temperaturi okolnog zraka.
Ovisno o izvedbi uređaja za distribuciju zraka, mlazevi se mogu razvijati duž različitih putanja. Slika 6.1 prikazuje razvoj izotermnog osnosimetričnog mlaza čije su sve poprečne dimenzije simetrične u odnosu na njegovu os koja je pravocrtna.
Na granici mlaza, gdje je uzdužna komponenta brzine jednaka nuli, dolazi do intenzivnog miješanja zračnih masa u mlaz i smanjenja brzine zraka. Unutar koordinate, brzina zraka duž osi mlaza iu njegovom presjeku jednaka je brzini ispuha. Taj se odjeljak naziva početnim dijelom. Nakon toga se aksijalna brzina smanjuje, kao i brzina poprečnog presjeka.
Oksimetrijski mlazovi izlaze iz okruglog otvora i kompaktni su. Kompaktne mlaznice također uključuju mlaznice koje teku iz kvadratnih i pravokutnih mlaznica.
Ravni mlazovi (Sl. 6.2, a) nastaju kada zrak istječe iz rupa s prorezima s omjerom širine i visine većim od 20. Mlaz se smatra ravnim na udaljenosti gdje je veličina veće strane rupe; u nastavku se mlaz smatra kompaktnim.
Mlazovi ventilatora (slika 6.2, b) nastaju prisilnom disperzijom zraka u ravnini pod određenim kutom. Postoje puni ventilatorski mlazovi s kutom prisilne disperzije od 360 stupnjeva i nepotpuni ventilatorski mlazovi s kutom manjim od 360 stupnjeva.
Slika 6.1. Slobodni izotermni osnosimetrični mlaz
Stožasti mlazovi (slika 6.2.c) nastaju kada se na izlazu zraka iz rupe postavi disperzni konus s vršnim kutom od 60 ± 2,5°.
1. Uvod...................................................................................................................2
1.1. Pregled literature..........................................................................................3
1.1.1. Opće informacije...........................................................................................3
1.1.2. Mlaznice zraka u strujanju.....................................................5
1.1.3. Mlazovi zraka koji se razvijaju zbog razlike u tlaku............16
1.1.4. Suvremene metode proračuna zračnih zavjesa za razne namjene..................................................................................................16
1.2. Ciljevi i zadaci rada..................................................................................23
2. Izjava problema..............................................................................................25
2.1. Formulacija problema.......................................................................................25
2.2. Rubni uvjeti za rješavanje problema................................................28
2.3 Početni uvjeti za rješavanje problema.........................................................28
3. Metoda konačnih razlika za rješavanje problema strujanja plina.........................29
3.1 Opće napomene o mogućim metodama rješavanja problema plinske dinamike.........................................................................................................29
3.2. Diskretizacija parcijalnih derivacija.....................................................30
3.3. Diskretizacija jednadžbi koje opisuju strujanje plina.......................31
3.4. Konvergencija i točnost diferencijalnih shema. Opravdanost izbora veličine računskih koraka u prostoru i vremenu ................................................33
3.5. Izrada programa za proračun VTZ............................................................34
4. Eksperimentalno istraživanje strujanja zraka u otvoru opremljenom VTZ-om.............................................................................................36
4.1 Eksperimentalni postupak. Eksperimentalni stalak......36
4.1.1 Eksperimentalni postupak......................................................36
4.1.2 Pokusni stalak.......................................................................37
5. Analiza dobivenih rezultata......................................................................42
6. Popis korištene literature...............................................................48
Uvod.
Moderni svijet Nemoguće je zamisliti bez ogromnog broja korisnih i praktičnih uređaja koji omogućuju osobi da udobno uredi svoj život. Toplina zimi i hladan i čist zrak ljeti jedan je od obaveznih zahtjeva u životu obične civilizirane osobe.
Toplinske zavjese postaju sve popularniji ovih dana. Glavna svrha takvih uređaja je zaštita grijanih prostorija od hladnog zraka. Protok zraka koji stvara toplinska zavjesa blokira zrak koji ulazi u prostoriju otvorena vrata, prozore itd., zadržavajući topli zrak u zatvorenom prostoru.
Zračne zavjese dizajnirane su za odvajanje vanjsko okruženje u sobi. Razdvajanje se postiže uklanjanjem prirodne konvekcije i zagrijavanjem ulaznog hladnog zraka prirodnom ili prisilnom ventilacijom. Zračne toplinske zavjese (AHC) koriste se za zaštitu radnih mjesta od onečišćenja ili za smanjenje širenja dima cigareta u restoranima. Prva vertikalna zračna zavjesa navodno je uvedena u Sjedinjenim Državama 1916. godine.
Zračne zavjese su uređaji za lokaliziranu ventilaciju kojima se može smanjiti ili potpuno eliminirati kretanje zračnih masa kroz otvor, čime se umanjuje njihovo štetno djelovanje na zdravlje ljudi.
Zračna zavjesa formira ravnu, strogo usmjerenu struju zraka, što pomaže u izbjegavanju gubitka topline kroz otvorene otvore. Dakle, zračne zavjese doprinose povećanju udobnosti unutarnje atmosfere.
Kako bi sustavi klimatizacije, ventilacije i grijanja u potpunosti obavljali svoje zadaće, održavajući potrebnu mikroklimu u prostoriji, potrebno je minimizirati gubitak topline zaštitom ovojnice zgrade, što uključuje otvorene otvore vrata i prozora. Poanta je da uz izravni kontakt okoliš Neminovno dolazi do izmjene topline s atmosferom prostorije, što značajno utječe na rad ventilacijskih i klimatizacijskih sustava, smanjujući učinkovitost njihovog korištenja, a istovremeno povećavajući potrošnju energije. Time se narušava toplinska ravnoteža prostorije, kako u pojedinim toplinskim područjima tako i u cijelom klimatiziranom prostoru. Otvoreni, slobodni ili redovno otvarani prozori i vrata odgovorni su za ovaj proces. Kroz otvor u prostoriju ulazi vanjski zrak koji ima nižu temperaturu nego unutar prostorije. Istodobno topli sobni zrak izlazi kroz gornji dio otvorenog otvora.
Zračne zavjese su najviše učinkovita metoda suzbijanje gubitka topline. Uređaj za kontrolu klime montira se vodoravno iznad potrebnih otvora ili okomito sa strane otvora. Ravna, usmjerena struja zraka pomaže podijeliti vanjski i unutarnji prostor u različite zone. Tako se zračna zavjesa pretvara u zračni paravan ili virtualna vrata, štiteći prostor od vanjskih utjecaja.
Pravilno odabrane i postavljene zavjese smanjuju gubitak topline u prostoriji i do 90%, sprječavajući propuh i snijeg zimi, te prašinu, dlačice i insekte ljeti. Zavjese s grijaćim elementima omogućuju vam nadoknadu gubitka topline i održavanje ugodne unutarnje temperature tijekom hladne sezone. Učinkovitost zavjesa određena je:
Brzina strujanja zraka po cijeloj visini štićenog otvora kod postavljanja zastora iznad otvora ili po cijeloj širini otvora kod bočne ugradnje;
Snaga grijanja dovodnog mlaza, koja nadoknađuje gubitak topline kroz otvoreni otvor.
Ove toplinske zavjese biraju se prema visini i širini vrata, koja će biti zaštićena od hladnog zraka. Vjeruje se da su glavni parametri zavjese njezina duljina i izlaz toplog zraka. Na primjer, duljina zračne zavjese trebala bi biti jednaka ili malo veća od širine vrata, jer će samo u tom slučaju strujanje toplog zraka potpuno blokirati protok hladnog zraka i time zaštititi njegov prodor unutra.
Na primjer, u slučaju kada je širina vrata veća od 3 metra, bolje je postaviti nekoliko toplinskih zavjesa. Treba imati na umu da što su vrata veća, zavjesa bi trebala biti snažnija i proizvoditi više zraka. Preporuča se koristiti zavjese kapaciteta 300 m 3 /sat za zaštitu malih prozora kioska i blagajni.
Vrlo je važno odabrati pravu vrstu zavjesa kako biste stvorili optimalnu učinkovitost i udobnost. Zračna zavjesa s niskim protokom zraka ne sprječava propuh u blizini poda. Pretjerano jaka zavjesa postavljena iznad niskih vrata uzrokuje osjećaj nelagode kod osoba ispod nje i stvara povećanu radnu buku. Najbolji rezultat postiže se pokrivanjem cijele duljine vrata snažnim, postojanim strujanjem zraka. Zavjese mogu biti sa ili bez dijela za grijanje zraka. Negrijane zavjese eliminiraju gubitak topline jednako učinkovito kao i grijane zavjese, ali u nekim slučajevima treba uzeti u obzir da strujanje nezagrijanog zraka može izazvati osjećaj propuha. Dodatno zagrijavanje zraka daje ugodan osjećaj i zadovoljava potrebu za dodatnom toplinom uz postojeće grijanje prostorije, odvlažuje prostor uz ulazna vrata.
Potrebna dodatna toplina određuje se na temelju procjene čimbenika je li toplinska zavjesa jedini izvor grijanja u prostoru, razlike u temperaturama zraka između zone hladnog i toplog zraka te troškova.
Učinak zraka glavni je parametar svake zračne zavjese. Brzina ovisi o izvedbi protok zraka i, sukladno tome, optimalna visina ugradnje zastora. Na primjer, za zaštitu standardnih vrata širine 0,8-1,0 metara i visine 2,0-2,2 metra potrebna je zavjesa kapaciteta 700-900 m 3 /h. U ovom slučaju, brzina strujanja zraka na izlazu zavjese bit će 6-8 m / s, a na razini poda - 1,5 - 2,0 m / s. Ako postavite zavjesu manjeg kapaciteta, hladan zrak će prodirati kroz donji dio vrata, a željeni učinak toplinske zavjese bit će samo djelomično postignut. Imajte na umu da ako postoji predvorje, upotreba zavjese s niskim performansama može biti potpuno opravdana - dvostruka vrata stvaraju dodatnu prepreku hladnom zraku i omogućuju korištenje jeftinije zavjese.
Termo zavjese imaju duljinu od 600 do 2000 mm. Najčešće korišteni uređaji su duljine 800-1000 mm, dizajnirani za ugradnju iznad standardnih vrata. Duljina odabrane zavjese trebala bi biti jednaka ili malo veća od širine otvora, jer samo u tom slučaju će ga protok zraka potpuno blokirati i spriječiti ulazak hladnog zraka unutra. Ako je otvor vrlo širok (više od 2 metra), nekoliko uređaja treba postaviti blizu jedan drugome.
Osim što odvaja vanjski zrak, toplinska zavjesa može i zagrijati zrak u prostoriji. Za približne izračune može se pretpostaviti da je za zagrijavanje 10 m2 negrijane prostorije, s visinom stropa od 2,8 - 3,0 m, potrebna snaga od 1 kW. Vjeruje se da zidovi i strop prostorije imaju dobru toplinsku izolaciju (glavna zgrada), jer je gotovo nemoguće zagrijati privremenu strukturu (željezna štala, hangar) - toplina će pobjeći kroz tanke zidove. Ako je zračna zavjesa predviđena za postavljanje u dobro grijanoj prostoriji, tada funkcija grijanja nije potrebna, a možete odabrati model minimalne snage ili tzv. zračnu zavjesu - bez funkcije grijanja. Imajte na umu da su zaštitna svojstva protoka zraka određena samo brzinom zraka i ni na koji način nisu povezana s njegovom temperaturom, stoga je snaga zavjese dodatna, a ne glavna karakteristika.
Sve zavjese s funkcijom grijanja imaju jednu značajku - na izlazu čak i iz vrlo snažne zavjese zrak će biti samo topao, a nikako vruć. Ovo je objašnjeno velika brzina puhanje grijaćih tijela, pa se toplinska zavjesa ne može uspoređivati s toplinskim pištoljem ili ventilatorskom grijačom, gdje je brzina puhanja višestruko manja, a time i viša temperatura zraka.
Većina toplinskih zavjesa dizajnirana je za vodoravnu ugradnju na otvoreni otvor. Međutim, događa se da je takva instalacija nemoguća ili nepraktična. U tim slučajevima koristi se vertikalna toplinska zavjesa koja se ugrađuje sa strane otvora. Sukladno tome, strujanje zraka iz okomite zavjese bit će usmjereno vodoravno. Visina (dužina) okomitog zastora mora biti najmanje 3/4 visine štićenog otvora. Inače, okomita toplinska zavjesa ne razlikuje se od horizontalne.
Svaka toplinska zavjesa ima najmanje dva prekidača - jedan uključuje ventilator, drugi uključuje grijaće elemente. Osim toga, neke zavjese imaju dvo- ili trostupanjske regulatore snage grijanja i dvobrzinske ventilatore. Upravljačka ploča može biti ugradbena ili daljinska (žičana). Ugrađeni daljinski upravljači koriste se samo na malim zavjesama za standardne otvore vrata i prozora, inače će gumbi biti teško dostupni. Daljinske upravljačke ploče koriste se s poluindustrijskim i industrijskim zračnim zavjesama - takva se upravljačka ploča može postaviti na bilo koje prikladno mjesto.
Osim daljinskog upravljača možete ugraditi i termostat koji će isključiti grijaća tijela (ili cijelu zavjesu) kada se postigne zadana temperatura u prostoriji.
Osim modela s električnim grijanjem, postoje zavjese s dovodom vode - vodene toplinske zavjese. Kao što naziv govori, izvor topline u takvim zavjesama je Vruća voda, koja se napaja iz sustava centralnog grijanja. Povećana složenost ugradnje vodenih zavjesa nadoknađuje se malim troškovima rada i velikom snagom. Takve zavjese obično se koriste u industrijskim zgradama s velikim otvorenim otvorima.
Poglavlje 1 .
1.1. Pregled literature .
1.1.1. Opće informacije .
Metode za proračun zračnih zavjesa razvili su ruski znanstvenici od 1936. godine. U početku se proračun zračnih zavjesa temeljio na određivanju putanje osi mlaza zračne zavjese; Sve ove metode nisu uzele u obzir karakteristike zrakonepropusnosti zgrade. Osim toga, kriterij za svojstva vrata zastora bio je uvjet sjecišta osi mlaza zastora s ravninom vrata na udaljenosti od izlaza iz proreza zastora jednakoj širini otvora koji se blokira. Najraširenija je metoda za proračun zračnih zavjesa, pri čemu se protok zraka zavjese određuje uzimajući u obzir opterećenje vjetrom i stupanj nepropusnosti štićene prostorije. Ova metoda je predstavljena u Priručniku za projektant Dio 3. Ventilacija i klimatizacija.
Dimenzije zračne zavjese temelje se na ravnoteži između nosivog protoka mlaza i razlike tlaka na vratima. Također postoje neke činjenice koje se moraju uzeti u obzir, kao što su položaj radnih stanica u odnosu na vrata, raspodjela prašine, dopuštena razina buke, maksimalni protok i prostor za ugradnju. Tlak u otvorima ovisi o temperaturnoj razlici između unutarnjeg i vanjskog zraka, nepropusnosti ovojnice zgrade te položaju i veličini puta curenja. Temperaturna razlika stvara raspodjelu tlaka duž cijele fasade zgrade.
Na prijedlog F.G. VTZ proskuri počeli su se koristiti u industriji ugljena za suzbijanje prašine koja nastaje prilikom utovara ugljena u skipove. U praksi ventilacije zračno-mlazna skloništa počela su se koristiti za lokalizaciju štetnih emisija iz procesne opreme (puhala iznad industrijskih kupelji, zavjese na otvorima toplinskih peći, u blizini sušara itd.). Ipak, zračne zavjese se najčešće koriste za suzbijanje hladnog zraka koji zimi prodire kroz otvore vrata i vrata. Stoga je većina teorijskih i eksperimentalnih radova posvećena proučavanju ove vrste zavjesa.
Mlaz zračne zavjese razvija se u poprečnom strujanju plinova ili zraka. Razvoj mlaza u lebdećem toku dugo je privlačio pozornost istraživača. Protoci ove vrste nadaleko su poznati u tehnici: razne zavjese, komore za izgaranje plinskih turbina, puhanje u ložištima parnih kotlova, širenje dima iz cijevi, plinskih plamenika itd. Proučavanje svih ovih fenomena temelji se na teorijama mlaznih strujanja - slobodnog potopljenog mlaza, izotermnih mlazova, struje zraka koja se širi u lelujajućem strujanju.
Najproučavaniji tip turbulentnog mlaza je slobodni, potopljeni mlaz. Trenutno je poznato nekoliko teorija slobodne turbulencije: Prandtlova teorija, Taylorova teorija, Prandtlova nova teorija, teorija Reicharda, Mattiolija i drugih autora. Na temelju postojeće teorije slobodne turbulencije i uz njihovu pomoć je profesor G.N. Abramovich razvio teoriju slobodnih mlaznica.
E.I. Polyakov je sugerirao da početna turbulencija ne utječe na prirodu širenja slobodnog mlaza i otkrio je da se u glavnom dijelu promatra isti kut širenja mlaza, bez obzira na dizajn mlaznice iz koje dolazi do istjecanja. Na prirodu promjene brzine slobodnog mlaza izravno utječe samo kinematički impuls mlaza koji ovisi o obliku početnog profila polja brzine. Eksperimentalni podaci potvrdili su pretpostavku da apsolutne vrijednosti kinematičkih i energetskih karakteristika mlaza ovise samo o momentu mlaza pri izlasku iz mlaznice. Ovo je stajalište uzeto u obzir u novoj teoriji slobodnih turbulentnih mlazova G. N. Abramovicha iu radovima V. N. Talieva.
Rješenje mnogih problema ventilacije (grijanje zraka, prozračivanje itd.) Povezano je sa zakonima razvoja neizotermnih mlaznica. Prvi pokušaj određivanja putanje neizotermnog mlaza napravili su V.V.Baturin i I.A. Šepelev. Njihov rad je utvrdio da zakrivljenost neizotermnog mlaza ovisi o Arhimedovom kriteriju. Kinematička rješenja korištena su za određivanje putanje osi mlaza. Kao rezultat grafičkog zbrajanja vektora brzine protoka vjetra koji ulazi u vrata i vektora prosječne brzine duž osi mlaza zračne zavjese, V.V. Baturin i I.A. Shepelev dobili su jednadžbu zakrivljene osi mlaza zračne zavjese.
S. S. Syrkin i D. N. Lyakhovsky eksperimentalno su proučavali oblik struje zagrijanog zraka koja teče u zrak normalne temperature. Eksperimentalni rezultati dali su značajno odstupanje od teorijskog rješenja V.V.Baturin i I.A. Šepeleva.
G. N. Abramovich je, koristeći eksperimentalne podatke, razvio teorijska metoda izračunavanje oblika zakrivljenog mlaza za horizontalno otjecanje kasnije, jednadžba putanje mlaza u više opći pogled dao je I. A. Šepelev. Tada je I. A. Shepelev analitički dobio glavne izračunate ovisnosti za slobodne neizotermne mlazove raznih oblika: osnosimetrična, ravna i lepezasta. Teorija I. A. Shepeleva daje dobru konvergenciju za fontane, dok se vrijednosti aksijalne brzine i viška temperature u nekim slučajevima značajno razlikuju od eksperimentalnih podataka.
Analitičke formule za izračunavanje putanje neizometrijskog mlaza također su dobili V.N.Taliev i V.S.Omelchuk i daju slične rezultate.
Teorijska i eksperimentalna istraživanja zračnih zavjesa mogu se podijeliti u dvije skupine:
· rad gdje se proučava putanja zračne struje;
· radovi koji zavjesu smatraju zaklopkom koja smanjuje količinu zraka koja prolazi kroz otvor.
1.1.2. Mlaznice zraka u strujanju
Interakcija mlaza s lebdećom strujom vrlo je složena. Kada mlaz ulazi u nanosno strujanje pod određenim kutom u odnosu na potonje, os mlaza se pod utjecajem nanosnog toka savija u smjeru kretanja zraka. G. S. Shandorov je izravnim mjerenjem utvrdio da ispred mlaza plina u strujanju iu prednjem dijelu samog mlaza postoji zona povišenog statičkog tlaka, au stražnjem dijelu mlaza i iza mlaza postoji zona povišenog statičkog tlaka. zona razrjeđivanja. Razlika tlaka s obje strane mlaza fizički je razlog zakrivljenosti njegove putanje. Oblik poprečnog presjeka kružnog mlaza se pod djelovanjem lebdećeg strujanja deformira i postaje potkovasti. To se objašnjava činjenicom da periferni slojevi mlaza, koji imaju malu brzinu i koji se intenzivno otpuhuju zrakom, imaju veću zakrivljenost putanje od glavne mase mlaza.
Priroda interakcije između mlaza i lebdećeg toka je takva da iza mlaza iu samom mlazu postoje sekundarna vrtložna strujanja. Kao rezultat toga, proces miješanja plina sa zrakom u takvom mlazu trebao bi se dogoditi mnogo intenzivnije nego u mlazu koji teče u stacionarni medij. Međutim, na temelju mjerenja u nekoliko normalnih presjeka mlaza utvrđeno je da se masa mlaza koji se razvija u poprečnom strujanju mijenja približno na isti način kao i kod slobodnog mlaza.
Putanja širenja mlaza u nanosnom toku najpotpunije su proučena u radovima Yu V. Ivanova. Proučavao je putanje pojedinačnih okruglih, ravnih i pravokutnih mlaznica u slobodnom poprečnom i ograničenom strujanju, kao i putanje okruglih i pravokutnih mlaznica postavljenih u nizu u poprečno ograničenom polju.
Za stvaranje ravnog mlaza, mlaznice širine 0,9; 2,7; 4,0 mm. Pokusi su provedeni na dvije vrijednosti omjera apsolutne temperature T2/ T1=1 i 2. U ovom slučaju omjer kinetičkih energija mlaza i lebdećeg toka varirao je u širokom rasponu od 400 do 12,5. Pokusi su provedeni s mlaznicama usmjerenim pod kutovima a=0° i a=30°. Dijagram razvoja mlaza prikazan je na sl. 1.1.
Riža. 1.1. Shema razvoja mlaza u poprečnom strujanju
Kao rezultat obrade eksperimentalnih podataka, Yu B. Ivanov je predložio jednadžbu za izračun ravnog mlaza u strujanju:
Gdje za otprilike- poluširina mlaznice;
y je udaljenost od osi mlaznice normalne na strujanje;
x je udaljenost od osi mlaznice u smjeru strujanja;
v, w o- brzina istjecanja plina i driftnog toka;
p, p o- gustoća plina i strujanje;
A- koeficijent strukture mlaza;
q je hidrodinamički parametar jednak omjeru kinetičkih energija mlaza i protoka.
Kao os mlaza, Yu V. Ivanov je uzeo liniju koja povezuje točke s maksimalnim brzinama.
Godine 1965. S.E. Butakov i V.D. Stoler postavili su poseban eksperiment kako bi provjerili pretpostavku koju su prihvatili mnogi autori o postojanosti količine gibanja u poprečnim presjecima turbulentnih mlaznica. Rezultati su pokazali da količina gibanja u mlazu koji teče iz okruglog otvora u nanosni tok ostaje konstantna, ali je uvijek manja nego u odsutnosti nanosnog toka, i to manja što je veći kut nagiba mlaza prema toku i brzinu nanosnog toka.
I.B. Palatnik i D.Zh Temirbaev proveli su detaljno proučavanje obrazaca širenja osnosimetričnog zračnog mlaza u strujanju. U analitičkom rješenju putanja mlaza određena je izradom ravnoteže sila na odabrani element mlaza. Konačna jednadžba putanje mlaza ima složen izgled a proračuni su izvedeni numeričkom metodom. U radu je prikazano eksperimentalno proučavanje strukture strujanja, značajki ove vrste gibanja mlaza i obrazaca polja sila koje djeluju na mlaz u izotermnom i neizotermnom strujanju. Za d= 20 mm, a = 90° i q = 0,17*0,04 Dobivena je sljedeća formula za putanju mlaza:
Autori rada smatrali su putanju mlaza geometrijskim položajem točaka koje su središta impulsa u svakom dijelu mlaza. Tim je pokusima utvrđeno da masa protoka u mlazu u lebdećem toku raste nekoliko puta brže nego u mlazu koji teče u stacionarni medij. Pouzdanost ovog rezultata potvrđuje činjenica da su provedena mjerenja pokazala konstantnost viška topline u različitim presjecima mlaza. Pokazalo se da je razina turbulencije u takvom mlazu znatno viša nego u slobodnom potopljenom mlazu i dosegnula je 35% na mjestu najveće zakrivljenosti putanje.
Svaki turbulentni mlaz koji teče blizu bilo koje površine bit će pod utjecajem ove površine. Ovo je fenomen koji je ušao tehnička literatura pod nazivom "Coanda efekt" igra važna uloga pri proučavanju zakrivljenosti plinskih mlaznica.
Prvi pokušaji da se teorijski potkrijepi ovaj fenomen su 1960. godine napravili S. Burkwi i V. Newman. Proračun se temeljio na sljedećim premisama: tlak unutar zone cirkulacije raspoređen je ravnomjerno, središnja linija mlaza savija se duž kružnog luka radijusa R, širina mlaza je mala u usporedbi s radijusom R, distribucija brzine u zakrivljenom mlazu nastaje po analogiji sa slobodnim mlazom, moment u mlazu ostaje konstantan.
Kao rezultat toga, autori studije dobili su jednadžbu za određivanje glavnih parametara mlaza koji se razvija u blizini ravne površine. Dakle, udaljenost duž ravnog mlaza do točke podjele toka na izravni i obrnuti određena je sljedećim odnosom:
Kut nagiba mlaza pri susretu s ravnom površinom:
Gdje je konstanta
G. N. Abramovich dobio je jednadžbu za os mlaza, temeljenu na zbrajanju vektora brzine strujanja s vektorom prosječne brzine u danom presjeku mlaza.
Rad G. N. Ufimtseva i Zh B. Belotelova sveo se na određivanje zakrivljene osi mlaza pomoću teorije V. V. Baturina i I. A. Shepeleva. Kasnije je I. A. Shepelev predložio nova metoda proračun zavjesa, također temeljen na korištenju načela superponiranih tokova. U ovoj metodi, za pronalaženje jednadžbe putanje osi, dodane su funkcije struje mlaza i lebdećeg toka, a pretpostavljeno je da statički tlak u mlazu ostaje konstantan. I. A. Shepelev dobio je formule pomoću kojih se može odrediti količina zraka koja ulazi u prostoriju pod djelovanjem zavjese. Međutim, gornja metoda rješenja vrijedi za idealne tekućine, tj. kada međudjelovanje strujanja ne uzima u obzir utjecaj viskoznosti zraka. Stoga predloženi analitički izrazi imaju značajnu pogrešku u usporedbi s eksperimentalnim podacima.
Nakon toga su metode dinamičkog rješenja postale raširene.
G. N. Abramovich koristio je shemu koju je predložio M. S. Volynsky, prema kojoj je zakrivljenost mlaza određena iz uvjeta uravnoteženja sile uzrokovane razlikom tlaka na prednjoj i stražnjoj stijenci mlaza s centrifugalnom silom. Uzimajući oblik mlaza u obliku elipse, a koeficijent širenja mlaza isti kao kod pravokutnog mlaza, G. S. Abramovich je dobio sljedeću jednadžbu za os mlaza:
Gdje: 
Cn je koeficijent sile ovisno o obliku krila.
Za određivanje osi ravnog mlaza u strujanju, predložio je
izraz:
Eksperimentalna istraživanja su pokazala da je vrijednost koeficijenta otpora C P Kada strujanje zraka struji oko mlaza, razlika u statičkom tlaku oko mlaza utječe.
Vakhlamov je dobio jednadžbu za os mlaza pomoću jednadžbe količine gibanja tijekom međudjelovanja mlazova s strujanjem u projekcijama na koordinatne osi. Iako su u procesu rješavanja napravljene prilično grube pretpostavke, teorijski podaci dobro se slažu s eksperimentalnim podacima za osnosimetrični mlaz.
T.A. Girshovich je teoretski uspio pronaći ne samo oblik osi ravnog mlaza, već i njegove granice i profil brzine u različitim presjecima. Problem je riješen u krivocrtnom koordinatnom sustavu čija je os apscisa usmjerena na os mlaza, a os ordinata je normala na nju. U ovom koordinatnom sustavu napisane su jednadžbe graničnog sloja za zonu miješanja, uzimajući u obzir tlačno polje koje stvaraju centrifugalne sile i promjenjiva brzina. Da bi se odredila vanjska granica mlaza (sa strane nadolazećeg toka), potonji se konvencionalno smatrao graničnom površinom struje dobivenom zbrajanjem nadolazećeg potencijalnog toka sa sustavom izvora koji se nalaze na liniji paralelnoj s nadolazeće strujanje i prolazak kroz početak mlaza. Štoviše, odabrana je distribucija izvora dodatni uvjet, koji se svodi na osiguravanje da je tlak na granici nadolazećeg mlaza protoka isti.
T. A. Girshovich također je proveo eksperimentalno istraživanje glavnog i početnog dijela mlaza u strujanju. Proučavajući glavni dio, razmatrali smo mlaz koji izlazi iz mlaznice širine 1,5 mm. i duljine 300 mm. Tok zanošenja stvoren je zračnim tunelom promjera 44 mm. Usporedba teorijskog rješenja s eksperimentalnim T. A. Girshovicha pokazala je da se os mlaza, izračunata analitički, ne poklapa s eksperimentalnim podacima. Rad također predlaže teorijske ovisnosti za proračun mlaza lepeze koji se razvija u prolaznom strujanju. Godine 1973. T. A. Girshovich je predložio da se pri proračunu parametara ravnog turbulentnog mlaza u nanosnom strujanju uzme u obzir veličina vakuuma iza mlaza kao određena empirijska konstanta. Na temelju eksperimentalnih podataka utvrdila je da je veličina vakuuma u lebdećem strujanju iza mlaza konstantna i jednaka:
E.V.Rzhevsky i V.A.Kosterin proveli su istraživanje širenja lepezastog i sparenog mlaza u poprečnom strujanju, na temelju interakcije sila koje djeluju na elementarni presjek mlaza. Eksperimentalno su potvrdili da oblik osi lepeze i parnih ravnih mlaznica u lebdećem strujanju ovisi o hidrodinamičkom parametru. Za lepezasti mlaz pri β = 90° i q = 14-65 dobiveno je:
Eksperimenti su pokazali da se ventilatorski mlaz otklanja više od jednog ravnog.
N.I. Akatnov predložio je drugu metodu za teoretsko rješavanje problema razvoja okruglog turbulentnog mlaza u poprečnom strujanju. Pronašao je promjenu momenta koja se javlja pod djelovanjem otpora profila i otpora "drenaže", koji nastaje zbog činjenice da je uvjetna granica mlaza propusna. Jednadžbe koje je dobio za os mlaza i raspodjelu maksimalnih brzina duž osi mlaza pružaju zadovoljavajuće slaganje s Ivanovljevim eksperimentima.
Y. M. Wiesel i J. D. Mostinsky, po analogiji s radom G. N. Abramovicha, u svojim su analitičkim rješenjima mlaz smatrali krilom na koje djeluje sila nadolazećeg toka. Autori su odredili oblik osi ravnog mlaza na temelju količine otpora koji mlaz pruža protoku:
Gdje; Cx je koeficijent otpora mlaza prema lebdećem toku.
Usporedba s eksperimentalnim podacima pokazala je da pri Cx = 5 i β = P/2
odstupanje pokusa od teorijske krivulje doseže ± 20% (slika 1.2). Takva je razlika također dobivena za okrugli mlaz u strujanju.
Riža. 1.2. Putanje mlaza.
I. A. Shepelev je pokušao odrediti oblik osi mlaza bez obzira na oblik ulaznog otvora, izračunavši veličinu sila koje djeluju u smjeru koordinatnih osi. Povezao ih je s priraštajima udaljenosti dx i dy. Jednadžba koju je dobio za os mlaza koji istječe iz otvora proizvoljnog oblika pod proizvoljan kut lebdećem toku, ima oblik:
gdje u, l - dimenzije mlaznice uzduž i poprijeko strujanja (x os je usmjerena prema strujanju, z os je okomito prema gore).
Koeficijent aerodinamičkog otpora mlaza S I. A. Shepelev preporučuje uzimanje jednako 5.
U radu N. M. Sokolova, posvećenom proučavanju vertikalnih zračnih fontana koje se šire u strujanju, koristi se shema rješenja I. A. Shepeleva. Kako bi utvrdila vezu između sila koje djeluju na zračnu fontanu i pomaka, N. M. Sokolova je razmotrila jednadžbe količine gibanja sastavljene u projekcijama na koordinatnim osima. Primljeno opće formule, definirajući koordinate osi srušene kompaktne ravne zračne fontane.
Za lebdeći izotermni mlaz koji teče iz otvora u obliku proreza, formula ima oblik:
gdje je: Kn – konstantni faktor;
Sličnu jednadžbu dobili su i Ya. M. Vizel, I. L. Mostinsky
Vrijednost numeričkog faktora Kn = 2,85.
G. S. Shandorov, uzimajući kao osnovu uvjet ravnoteže između aerodinamičke sile koja savija mlaz i centrifugalne sile koja djeluje na element mlaza, izveo je jednadžbu koja povezuje koordinate osi mlaza:
Njegovi pokusi s mlazom koji ulazi u tok pod kutom od 60°, s omjerom dinamičkog tlaka toka i mlaza q = 0,0403 - 0,4 i konstantnim Cn = 4,7, pokazali su zadovoljavajuće slaganje. s jednadžbom.
A. M. Epshtein, koristeći teoretski razvoj G. N. Abramovicha, dobio je jednadžbu za os nošenog neizotermnog mlaza:
Gdje: P- eksperimentalna konstanta;
Ah - Arhimedov kriterij.
I. V. Kalendaite i M. Ya. Zalishauskas dobili su jednadžbu za putanju ravnog slobodnog mlaza pri različitim tlakovima s obje strane:
gdje je: k - bezdimenzionalni koeficijent.
Metodu za izračunavanje deformacije osi dvostrukih planparalelnih mlaznica uzimajući u obzir razliku u statičkom tlaku u području približavanja predložio je 1966. B. G. Khudenko.
Baš kao što je B.G. Khudenko pretpostavio da turbulentne pulsacije ne prodiru u prostor između mlaznica, kretanje zraka u ovom području je potencijalne prirode i događa se bez gubitka ukupnog tlaka. Da bi analitički izrazio profil brzine, usvojio je formulu G. Schlichtinga. Koeficijent vakuuma između mlaznica izražava se za početni presjek:
za glavno: područje:
gdje je: A2 teorijska konstanta;
ao - eksperimentalna konstanta;
- relativna udaljenost presjeka od pola mlaza.
Prema , vrijednosti preostalih konstanti mogu se uzeti kao φ1 = 0,981; φ2 = -2,04; A1=0,45; φgr = 2,412.
Koordinate osi zakrivljenog plinskog mlaza
Zanemaren je utjecaj istiskivanja zraka iz međumlaznog prostora i pretpostavljeno je da se osi mlazova miješanja šire pravocrtno. Povećanje statičkog tlaka u području miješanja mlaza nije uzeto u obzir u proračunima.
Godine 1968. K. Forster, A. K. Misro i D. G. Mitchell su pri proračunu prianjanja mlaza na ravnu površinu predložili da se uzme u obzir utjecaj zone povećanog statičkog tlaka koji nastaje na mjestu sudara mlaza s površinom.
Za razliku od dobro poznatog rada, predložili su da se uzme u obzir prosječna vrijednost povećanog statičkog tlaka u jednadžbi zamaha zakrivljenog mlaza, u području njegovog približavanja površini, umjesto vrijednosti atmosferskog pritisak.
Godine 1970. V. A. Arutyunov i Yu. M. Perepelkin, koristeći se teorijskim razvojem i primjenom G. Schlichtingove formule za sloj konačne debljine za opis raspodjele brzina u ravnom mlazu koji prianja na površinu, dobili su jednadžbu za duljinu zona cirkulacije koja se formira pri prianjanju ravnog mlaza na površinu.
Osnovni zakoni koji upravljaju kretanjem turbulentnih slobodnih mlazova isti su kao i za ograničena strujanja. Njihovo kretanje opisuje se jednadžbama (VI, 19); u njima također djeluju molekularna i turbulentna naprezanja i pulsirajuće brzine. Međutim, nepostojanje čvrstih granica također određuje niz njihovih značajki.
Na sl. Na slici 44 prikazan je dijagram slobodnog mlaza.
Početna točka slobodnog mlaza naziva se pol mlaza. U praksi, međutim, početni presjek mlaza uvijek ima neke dimenzije. U ovom slučaju, pol mlaza je definiran kao točka presjeka vanjskih granica mlaza.
Kada strujanje zraka napusti početni odjeljak AB (vidi sliku 44), mlazovi se prekidaju na njegovom rubu, što rezultira stvaranjem ekspandirajućeg turbulentnog graničnog sloja A"AC BB". Između njegovih unutarnjih granica AS i BS nalazi se jezgra konstantnih brzina, unutar koje uzdužne brzine ostaju konstantne (slika 45) i jednake prosječnoj brzini u početnom presjeku.
Uzdužne brzine u slobodnom mlazu imaju najveću vrijednost na njegovoj osi, a na vanjskoj granici padaju na nulu. Apsolutne vrijednosti brzine se također smanjuju s udaljenošću od početnog presjeka.
Vrlo važno svojstvo slobodnih mlaznica je postojanost tlaka u cijelom volumenu mlaza i njegova jednakost tlaku zraka izvan mlaza.
Središnja jezgra mlaza kroz čiji svaki presjek u jedinici vremena prolazi ista količina zraka jednaka onoj u početnom presjeku naziva se jezgrom stalne mase.
Prostor između jezgre stalne mase i vanjske granice mlaza zauzimaju nalijepljene mase, koje zavučene jezgrom stalne mase kreću se u istom smjeru, čineći sastavni dio slobodnog mlaza. Volumen dodanih masa raste u smjeru kretanja. Dodane mase igraju velika uloga u izmjeni mase između slobodnog mlaza i okoline, budući da su oni “posrednik” izmjene između čistog zraka jezgre i onečišćenog zraka u kojem se slobodni mlaz širi. Ta se izmjena događa kao rezultat prisutnosti transverzalnih pulsirajućih komponenti brzine na vanjskoj granici slobodnog mlaza.
Opsežna istraživanja slobodnih mlaznica u rudarskim uvjetima proveo je V. N. Voronin. Domet slobodnog mlaza, prema V.N.Voroninu, jednak je 
(VI,39);
gdje je S površina poprečnog presjeka iskopa;
b – najveća udaljenost od stijenke iskopa koja dovodi zrak (ili od ventilacijske cijevi) do stijenke iskopa do koje se prostire slobodni mlaz;
a je koeficijent strukture mlaza jednak 0,06–0,08. Strujanje zraka u proizvoljnom dijelu glavnog dijela kružnog mlaza, razdvojenog razmakom x od ispusta polumjera R0, jednako je 
(VI,40)
gdje je (Q0 – protok zraka u početnom presjeku.
Najveći intenzitet turbulentnih pulsacija u glavnom dijelu mlaza, određen formulom (VI.34), promatra se na udaljenosti od 0,2–0,5 polumjera mlaza. Intenzitet turbulencije raste duž mlaza, a frekvencija pulsiranja opada. Najveći vrtlozi opažaju se u aksijalnom dijelu mlaza. Karakteristična je konstantnost puta miješanja u presjeku mlaza i proporcionalnost njegovoj udaljenosti od ušća. Okretanje mlaza značajno povećava put miješanja, a time i njegovu snagu miješanja.
Besplatne mlaznice imaju veliki značaj u ventilaciji rudnika: rade u komornim izradbama, u potbušnim prostorima slijepih iskopina, ventiliranim injekcionim ventilatorima, u međuprostorima pričvrsnih okvira itd.
Laminarno je strujanje zraka u kojem se zračne struje kreću u jednom smjeru i međusobno su paralelne. Kad se brzina poveća do određene vrijednosti, strujanje zraka, osim brzine prema naprijed, također poprima brzo promjenjive brzine okomite na smjer kretanje prema naprijed. Nastaje strujanje koje se naziva turbulentno, tj. neuredno.
Granični sloj
Granični sloj je sloj u kojem se brzina zraka mijenja od nule do vrijednosti bliske lokalnoj brzini strujanja zraka.
Kada strujanje zraka struji oko tijela (slika 5), čestice zraka ne klize po površini tijela, već se usporavaju, a brzina zraka na površini tijela postaje nula. Udaljavanjem od površine tijela brzina zraka raste od nule do brzine strujanja zraka.
Debljina graničnog sloja mjeri se u milimetrima i ovisi o viskoznosti i tlaku zraka, profilu tijela, stanju njegove površine i položaju tijela u struji zraka. Debljina graničnog sloja postupno se povećava od prednjeg prema stražnjem rubu. U graničnom sloju priroda kretanja čestica zraka razlikuje se od prirode kretanja izvan njega.
Promotrimo česticu zraka A (slika 6), koja se nalazi između struja zraka s brzinama U1 i U2, zbog razlike u tim brzinama primijenjene na suprotne točke čestice, ona rotira, a što je ta čestica bliže površina tijela, to se više okreće (gdje su razlike brzina najveće). Prilikom udaljavanja od površine tijela rotacijsko kretanječestica se usporava i postaje jednaka nuli zbog jednakosti brzine strujanja zraka i brzine zraka graničnog sloja.
Iza tijela se granični sloj pretvara u istostrujni mlaz koji se zamućuje i nestaje udaljavanjem od tijela. Turbulencija u tragu pada na rep zrakoplova i smanjuje njegovu učinkovitost te uzrokuje podrhtavanje (fenomen udaranja).
Granični sloj se dijeli na laminarni i turbulentni (slika 7). Kod ravnomjernog laminarnog strujanja graničnog sloja pojavljuju se samo sile unutarnje trenje, uzrokovano viskoznošću zraka, pa je otpor zraka u laminarnom sloju nizak.
Riža. 5
Riža. 6 Strujanje zraka oko tijela - usporavanje strujanja u graničnom sloju
Riža. 7
U turbulentnom graničnom sloju postoji kontinuirano kretanje zračnih struja u svim smjerovima, što zahtijeva više energije za održavanje nasumičnog vrtložnog gibanja i, kao posljedica toga, stvara se veći otpor strujanju zraka tijelu koje se kreće.
Za određivanje prirode graničnog sloja koristi se koeficijent Cf. Tijelo određene konfiguracije ima svoj koeficijent. Tako je, na primjer, za ravnu ploču koeficijent otpora laminarnog graničnog sloja jednak:
za turbulentni sloj
gdje je Re Reynoldsov broj, izražavajući omjer inercijskih sila i sila trenja i određujući omjer dviju komponenti - otpora profila (otpora oblika) i otpora trenja. Reynoldsov broj Re određuje se formulom:
gdje je V brzina strujanja zraka,
I - priroda veličine tijela,
kinetički koeficijent viskoznosti sila trenja zraka.
Kada strujanje zraka struji oko tijela, u određenoj točki granični sloj prelazi iz laminarnog u turbulentni. Ta se točka naziva prijelaznom točkom. Njegov položaj na površini profila tijela ovisi o viskoznosti i tlaku zraka, brzini zračnih struja, obliku tijela i njegovom položaju u strujanju zraka, kao io hrapavosti površine. Prilikom izrade profila krila, dizajneri nastoje postaviti ovu točku što dalje od prednjeg ruba profila, čime se smanjuje otpor trenja. U tu svrhu koriste se posebni lamelirani profili za povećanje glatkoće površine krila i niz drugih mjera.
Kada se brzina strujanja zraka poveća ili se kut položaja tijela u odnosu na struju zraka poveća do određene vrijednosti, u određenoj točki granični sloj se odvaja od površine, a tlak iza te točke naglo opada.
Kao rezultat činjenice da je na stražnjem rubu tijela tlak veći nego iza točke odvajanja, dolazi do obrnutog protoka zraka iz zone višeg tlaka u zonu nižeg tlaka do točke odvajanja, što povlači za sobom odvajanje strujanja zraka s površine tijela (slika 8).
Laminarni granični sloj se lakše odvaja od površine tijela nego turbulentni granični sloj.
Jednadžba kontinuiteta protoka zraka
Jednadžba kontinuiteta mlaza strujanja zraka (konstantnost strujanja zraka) je jednadžba aerodinamike koja proizlazi iz osnovnih zakona fizike - održanja mase i tromosti - i utvrđuje odnos između gustoće, brzine i površine poprečnog presjeka. mlaza protoka zraka.
Riža. 8
Riža. 9
Pri njegovom razmatranju prihvaća se uvjet da ispitivani zrak nema svojstvo stlačivosti (slika 9).
U struji promjenjivog poprečnog presjeka, drugi volumen zraka teče kroz odjeljak I tijekom određenog vremenskog perioda, ovaj volumen jednak umnošku brzina strujanja zraka po presjeku F.
Drugi maseni protok zraka m jednak je umnošku drugog protoka zraka i gustoće p protoka zraka u struji. Prema zakonu održanja energije, masa protoka zraka m1 koji struji kroz presjek I (F1) jednaka je masi m2 danog protoka koji struji kroz presjek II (F2), pod uvjetom da je protok zraka stalan:
m1=m2=const, (1.7)
m1F1V1=m2F2V2=konst. (1.8)
Ovaj izraz se naziva jednadžba kontinuiteta strujanja zraka strujanja struje.
F1V1=F2V2= konst. (1.9)
Dakle, iz formule je jasno da isti volumen zraka prolazi kroz različite dijelove struje u određenoj jedinici vremena (sekundi), ali različitim brzinama.
Zapišimo jednadžbu (1.9) u sljedećem obliku:
Formula pokazuje da je brzina strujanja mlaza zraka obrnuto proporcionalna površini poprečnog presjeka mlaza i obrnuto.
Dakle, jednadžba kontinuiteta protoka zraka uspostavlja odnos između presjeka mlaza i brzine, pod uvjetom da je protok zraka u mlazu stalan.
Statički tlak i visina brzine Bernoullijeva jednadžba
aerodinamika zrakoplova
Zrakoplov koji se nalazi u stacionarnoj ili pokretnoj struji zraka u odnosu na njega doživljava pritisak od potonjeg, u prvom slučaju (kada je struja zraka stacionarna) to je statički tlak, au drugom slučaju (kada se struja zraka kreće) to je dinamički tlak, češće se naziva tlak velike brzine. Statički tlak u struji sličan je tlaku tekućine u mirovanju (voda, plin). Na primjer: voda u cijevi, može mirovati ili se gibati, u oba slučaja stijenke cijevi su pod pritiskom vode. U slučaju kretanja vode, pritisak će biti nešto manji, jer se pojavio pritisak velike brzine.
Prema zakonu održanja energije, energija struje zraka u različitim dijelovima struje zraka je zbroj kinetička energija teći, potencijalna energija sile pritiska, energija unutarnjeg strujanja i energija položaja tijela. Ovaj iznos je konstantna vrijednost:
Ekin+Er+Evn+En=sopst (1.10)
Kinetička energija (Ekin) je sposobnost zračne struje koja se kreće da izvrši rad. Jednako je
gdje je m masa zraka, kgf s2m; V-brzina strujanja zraka, m/s. Ako umjesto mase m zamijenimo gustoću mase zraka p, dobivamo formulu za određivanje tlaka brzine q (u kgf/m2)
Potencijalna energija Ep je sposobnost zračne struje da izvrši rad pod utjecajem sila statičkog tlaka. Jednako je (u kgf-m)
gdje je P tlak zraka, kgf / m2; F je površina poprečnog presjeka struje zraka, m2; S je put koji prijeđe 1 kg zraka kroz zadanu dionicu, m; produkt SF naziva se specifični volumen i označava se s v. Zamjenom vrijednosti specifičnog volumena zraka u formulu (1.13) dobivamo
Unutarnja energija Evn je sposobnost plina da izvrši rad pri promjeni temperature:
gdje je Cv toplinski kapacitet zraka pri konstantnom volumenu, cal/kg-deg; T-temperatura na Kelvinovoj skali, K; A je toplinski ekvivalent mehaničkog rada (cal-kg-m).
Iz jednadžbe je jasno da je unutarnja energija strujanja zraka izravno proporcionalna njegovoj temperaturi.
Energija položaja En je sposobnost zraka da izvrši rad kada se položaj težišta dane mase zraka mijenja pri dizanju na određenu visinu i jednaka je
gdje je h promjena visine, m.
Zbog minucioznih vrijednosti razmaka težišta zračnih masa po visini u struji zračnog toka, ta se energija u aerodinamici zanemaruje.
Promatrajući sve vrste energije u odnosu na određene uvjete, možemo formulirati Bernoullijev zakon, koji uspostavlja vezu između statičkog tlaka u struji zraka i brzine tlaka.
Razmotrimo cijev (slika 10) promjenjivog promjera (1, 2, 3) u kojoj se kreće strujanje zraka. Za mjerenje tlaka u razmatranim dionicama koriste se manometri. Analizirajući očitanja mjerača tlaka, možemo zaključiti da najniži dinamički tlak pokazuje mjerač tlaka presjeka 3-3. To znači da kako se cijev sužava, brzina protoka zraka se povećava, a tlak pada.
Riža. 10
Razlog pada tlaka je taj što strujanje zraka ne proizvodi nikakav rad (trenje se ne uzima u obzir) pa stoga ukupna energija strujanja zraka ostaje konstantna. Ako smatramo da su temperatura, gustoća i volumen protoka zraka u različitim presjecima konstantni (T1=T2=T3;r1=r2=r3, V1=V2=V3), tada se unutarnja energija može zanemariti.
To znači da je u tom slučaju moguće da se kinetička energija strujanja zraka transformira u potencijalnu energiju i obrnuto.
Kada se brzina protoka zraka povećava, povećava se i tlak brzine, a time i kinetička energija ovog protoka zraka.
Zamijenimo vrijednosti iz formula (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) u formulu (1.10), uzimajući u obzir da zanemarujemo unutarnju energiju i energiju položaja, transformirajući jednadžbu ( 1.10), dobivamo
Ova jednadžba za bilo koji poprečni presjek struje zraka piše se na sljedeći način:
Ova vrsta jednadžbe je najjednostavnija matematička Bernoullijeva jednadžba i pokazuje da je zbroj statičkih i dinamičkih tlakova za bilo koji dio struje ravnomjernog strujanja zraka konstantna vrijednost. Kompresibilnost se u ovom slučaju ne uzima u obzir. Uzimajući u obzir kompresibilnost, prave se odgovarajuće korekcije.
Kako biste ilustrirali Bernoullijev zakon, možete provesti eksperiment. Uzmite dva lista papira, držeći ih paralelno jedan s drugim na maloj udaljenosti i puhnite u razmak između njih.
Riža. jedanaest
Plahte su sve bliže. Razlog njihove konvergencije je taj što je s vanjske strane limova tlak atmosferski, au intervalu između njih, zbog prisutnosti brzog tlaka zraka, tlak se smanjio i postao manji od atmosferskog. Pod utjecajem razlike tlaka, listovi papira se savijaju prema unutra.
Zračni tuneli
Eksperimentalni uređaj za proučavanje pojava i procesa koji prate strujanje plina oko tijela naziva se zračni tunel. Princip rada aerotunela temelji se na Galilejevom principu relativnosti: umjesto kretanja tijela u stacionarnom mediju proučava se strujanje stacionarno tijelo strujanje plina U aerodinamičkim tunelima eksperimentalno se određuju aerodinamičke sile i momenti koji djeluju na zrakoplov, proučava se raspodjela tlaka i temperature po njegovoj površini, promatra se obrazac strujanja oko tijela, proučava aeroelastičnost itd.
Aerotuneli se, ovisno o rasponu Machovih brojeva M, dijele na podzvučne (M = 0,15-0,7), transonične (M = 0,7-1 3), nadzvučne (M = 1,3-5) i hipersonične (M = 5-25 ), prema principu rada - na kompresor (kontinuirano djelovanje), u kojem strujanje zraka stvara poseban kompresor, a baloni s povišenim tlakom, prema shemi kruga - na zatvorene i otvorene.
Kompresorske cijevi imaju visoku učinkovitost, prikladne su za upotrebu, ali zahtijevaju stvaranje jedinstvenih kompresora s visokim protokom plina i velikom snagom. Balonski zračni tuneli su manje ekonomični od kompresorskih zračnih tunela, budući da se dio energije gubi pri prigušivanju plina. Osim toga, trajanje rada balonskih zračnih tunela ograničeno je rezervama plina u spremnicima i kreće se od desetaka sekundi do nekoliko minuta za razne zračne tunele.
Široka uporaba zračnih tunela s balonima posljedica je činjenice da su jednostavnijeg dizajna i da je snaga kompresora potrebna za punjenje balona relativno mala. Aerodinamički tuneli zatvorene petlje iskorištavaju značajan dio kinetičke energije koja ostaje u struji plina nakon što prođe kroz radno područje, povećavajući učinkovitost cijevi. U ovom slučaju, međutim, potrebno je povećati ukupne dimenzije instalacije.
U podzvučnim aerotunelima proučavaju se aerodinamičke karakteristike podzvučnih helikopterskih letjelica, kao i karakteristike nadzvučnih letjelica u režimima polijetanja i slijetanja. Osim toga, koriste se za proučavanje strujanja oko automobila i drugih kopnenih vozila, zgrada, spomenika, mostova i drugih objekata. Slika prikazuje dijagram podzvučnog aerodinamičkog tunela.
Riža. 12
1 - saće 2 - rešetke 3 - predkomora 4 - konfuzor 5 - smjer strujanja 6 - radni dio s modelom 7 - difuzor, 8 - koljeno s rotirajućim lopaticama, 9 - kompresor 10 - hladnjak zraka
Riža. 13
1 - saće 2 - rešetke 3 - predkomora 4 konfuzor 5 perforirani radni dio s modelom 6 ejektor 7 difuzor 8 koljeno s vodećim lopaticama 9 odvod zraka 10 - dovod zraka iz cilindara
Riža. 14
1 - cilindar komprimiranog zraka 2 - cjevovod 3 - regulacijski prigušnik 4 - izravnavajuće rešetke 5 - saće 6 - deturbulizacijske rešetke 7 - predkomora 8 - konfuzor 9 - nadzvučna mlaznica 10 - radni dio s modelom 11 - nadzvučni difuzor 12 - podzvučni difuzor 13 - atmosferski osloboditi
Riža. 15
1 - visokotlačni cilindar 2 - cjevovod 3 - regulacijski prigušnik 4 - grijač 5 - predkomora sa saćem i rešetkama 6 - hipersonična osnosimetrična mlaznica 7 - radni dio s modelom 8 - hipersonični osnosimetrični difuzor 9 - hladnjak zraka 10 - smjer strujanja 11 - dovod zraka u ejektore 12 - ejektore 13 - kapke 14 - vakuum spremnik 15 - podzvučni difuzor
Plinski mlaz se naziva poplavljen, ako se širi u okruženju s istim fizička svojstva, koje i sama ima. Pri proučavanju kretanja zraka u ventilacijskim sustavima susreću se različiti slučajevi širenja preplavljenih mlazova. Ali kada se razmatraju ti slučajevi, shema slobodnog mlaza koristi se kao početna. Slobodni mlaz je mlaz koji se širi u neograničenoj okolini. (Mlaz koji nije ograničen čvrstim stijenkama naziva se slobodnim.) Mlaz može strujati u nepokretni medij, kao iu struju zraka.
U ovom slučaju postoje:
- · String jet, mlaz koji se slijeva u struju čiji se smjer brzine poklapa sa smjerom mlaza.
- · Mlaz u lebdećem strujanju, ako je brzina strujanja usmjerena pod kutom u odnosu na os mlaza.
- · Mlaz u protustruji, kada su vektori uzdužne brzine mlaza i brzine strujanja usmjereni jedan prema drugom.
Prema vrsti energije utrošene na formiranje mlaza, razlikuju se:
- · Dovodni (mehanički) mlazovi koje stvara ventilator, kompresor, ejektor itd.
- · Konvektivni mlazovi nastali zbog zagrijavanja ili hlađenja zraka u blizini toplih ili hladnih površina raznih tijela.
Mlaznice se također razlikuju po obliku početnog dijela:
- · Ako je presjek kružni, tada se mlaz naziva nesimetričnim.
- · Ako presjek ima oblik beskonačno duge trake stalne visine, tada se naziva planparalelan ili ravan.
Temperature struje i okoline mogu biti iste ili različite.
U skladu s tim razlikuju se izotermni i neizotermni mlazovi. Na sl. Slika 3 prikazuje strujanje zraka koje nastaje kada se zrak tjera u prostoriju kroz rupu u zidu. Kao rezultat toga, pojavljuje se slobodna struja zraka. Ako je temperatura zraka u struji ista kao u prostoriji, naziva se slobodnom izotermalni mlaz.
Prema stupnju utjecaja okolnog prostora na prirodu kretanja mlaza razlikuju se:
- · slobodni mlaznice;
- · poluograničeno ili ravno, kreće se po ravnini koja ograničava prostor;
- · ograničen (sputan), koji teče u prostor konačnih dimenzija, razmjeran početnim dimenzijama mlaza.
Ovisno o načinu strujanja, mlaznice mogu biti:
- laminarno (strujanje u kojem se tekućina ili plin kreću u slojevima bez miješanja ili pulsiranja);
- · turbulentno (oblik protoka tekućine ili plina u kojem njihovi elementi izvode neuredna, nestabilna kretanja duž složenih putanja, što dovodi do intenzivnog miješanja između slojeva tekućine ili plina u kretanju).
U ventilacijskim sustavima opažaju se turbulentni mlazovi. Druga definicija: ako u početnom dijelu postoje komponente brzine vrtnje, tada se takav mlaz naziva uvrnut.
Čitaj više. Kod turbulentnog gibanja uz aksijalno postoji i poprečno gibanje čestica. U tom slučaju čestice padaju izvan mlaza i prenose svoj zamah na mase nepomičnog zraka koje graniče s mlazom, zavlačeći (izbacujući) te mase, dajući im određenu brzinu.
Umjesto čestica koje napuštaju mlaz, u njega ulaze čestice iz okolnog zraka koje usporavaju granične slojeve mlaza. Kao posljedica takve izmjene impulsa između mlaza i nepomičnog zraka javlja se povećanje mase mlaza i smanjenje brzine na njegovim granicama.
Usporene čestice mlaza, zajedno sa zahvaćenim česticama okolnog zraka, tvore turbulentni granični sloj, čija se debljina kontinuirano povećava s udaljenošću od izlaza. U kontaktu sa stacionarnim medijem s vanjske strane (5– = 0), a s unutarnje strane s jezgrom stalne brzine (5– = 5– 0), granični sloj dobiva profil promjenjive brzine. Riža. 4.
Jezgra konstantne brzine se sužava kako se udaljava od izlaza, a granični sloj se deblja dok potpuno ne nestane. Nakon toga granični sloj već ispunjava cijeli presjek mlaza, uključujući i os strujanja.
Stoga daljnju eroziju mlaza povećava njegova širina, a istovremeno se smanjuje brzina na osi.
Dio mlaza u kojem je završena erozija jezgre konstantne brzine i na čijoj se osi zatvaraju obje polovice graničnog sloja naziva se prijelazni dio. Dio mlaza koji se nalazi između ispusta i prijelaznog dijela, u kojem brzina na osi ostaje nepromijenjena i jednaka početnoj brzini?? 0 se zove početni Odsjek koji slijedi nakon prijelaznog odsjeka, u kojem se brzina na osi postupno smanjuje i blijedi, naziva se glavni Granice mlaza, vanjske i jezgre konstantne brzine, su pravocrtne. Točka O presjeka vanjskih granica mlaza naziva se pol mlaza.
Statički tlak u različitim točkama mlaza neznatno se mijenja i približno je jednak tlaku okolnog prostora, tj. slobodni mlaz se može uzeti u obzir izobarni.
Glavni parametri turbulentnog mlaza su aksijalna brzina 5–, promjer D za okrugle presjeke i širina 5° za ravne mlaznice, protok zraka 5¬ I Prosječna brzina 5c.
Iz teorijskih i eksperimentalnih studija Genriha Naumoviča Abramoviča proizlazi da glavni parametri mlaza ovise o koeficijentu turbulencije. A, karakterizirajući intenzitet miješanja i ovisno o izvedbi mlaznice iz koje struja. ( Genrik Naumovič Abramovič(1911-1995) - sovjetski znanstvenik na području teorijske i primijenjene dinamike plina).
Što je koeficijent turbulencije veći A, što je miješanje intenzivnije i što je veći kut jednostranog širenja mlaza.
Tablica vrijednosti koeficijenta turbulencije A a kut širenja mlaza od 25k za neke vrste mlaznica.
