Wpływ otoczenia na warunki kształtowania się strumienia powietrza nawiewanego w pomieszczeniu

Naturalną cechą strumienia powietrza nawiewanego jest ruch powietrza w kierunku prostoliniowym wraz z powiększeniem objętości strumienia przy zachowaniu symetrii przekroju poprzecznego. Wpływ otoczenia przejawia się w zakłócaniu tych podstawowych tendencji strumienia powietrza.
Wpływ warunków cieplnych pomieszczenia powoduje zmianę kierunku przepływu, spotykanie się różnych strumieni powietrza narusza symetrię przekroju i powoduje zakłócenie prostoliniowości przepływu. Bliskość przegród, elementów konstrukcji i urządzeń narusza symetrię przekroju oraz ogranicza zdolność strumienia do mieszania się z powietrzem otoczenia. Wszystkie te czynniki w znacznym stopniu zniekształcają planowany przepływ powietrza, ustalony na podstawie teorii swobodnych strumieni. Zakłócenia występują w tym większym stopniu, im mniejsza jest stateczność strumienia.


Wpływ sił wyporu na kształtowanie się strumienia
powietrza w pomieszczeniu

Bardzo istotnym czynnikiem zniekształcającym strumień powietrza jest występowanie różnicy temperatur między strumieniem powietrza nawiewanego a otoczeniem. Zróżnicowanie temperatur może być spowodowane doprowadzaniem powietrza o innej temperaturze, niż temperatura powietrza pomieszczenia, albo pionowym i poziomym gradientem temperatury. Uwzględnienie w sposób teoretyczny wpływu nierównomierności rozkładu temperatur w pomieszczeniu jest niemożliwe. Rozważania dotyczące wpływu różnicy temperatur odnoszone są do średniej temperatury pomieszczenia lub rozpatrywanej jego strefy. Różnica gęstości powietrza powoduje powstanie skierowanych pionowo sil wyporu lub sił ciężkości oddziaływających na strumień powietrza nawiewanego, przy czym decydującą wielkością jest wypadkowa tych sił i siły bezwładności. Zależność między siłami bezwładności i siłami wyporu lub ciężkości określa liczba Archimedesa (Ar).

Przy rozpatrywaniu wylotów przesłoniętych obudową (nie rozpraszających powietrza) miarodajna jest wielkość liczby Archimedesa dla przekroju początkowego.

Z powyższych zależności wynika, że przy tej samej ilości powietrza, prędkości i różnicy temperatur, strumień powietrza wypływającego z otworu nie zasłoniętego będzie charakteryzował się zawsze mniejszą liczbą Archimedesa. Świadczy to o większym wpływie siły Archimedesa i mniejszej bezwładności strumieni wypływających z otworów przesłoniętych obudową. Strumień izotermiczny praktycznie nie istnieje ze względu na zróżnicowanie temperatur otoczenia. Oddziaływanie sił wyporu na strumień powietrza nawiewanego przejawia się występowaniem następujących zjawisk:

  • odchylenie osi poziomej strumienia powietrza w górę lub w dół, w przypadku strumienia wypływającego z dala od przegród poziomych.
  • przylepianie lub odrywanie się strumienia płynącego wzdłuż poziomej przegrody,
  • zwiększenie lub zmniejszenie zasięgu strumienia powietrza płynącego pionowo z dala lub w pobliżu przegrody.

Przy rozwiązywaniu zagadnień doprowadzania powietrza nawiewanego o innej temperaturze niż powietrze otoczenia, należy zawsze uwzględnić wpływ sił Archimedesa, gdyż w większości przypadków wpływa on niekorzystnie na warunki rozdziału powietrza. Wpływ ten będzie tym większy, im większy jest stopień przesłonięcia wylotu

Poślizg strumienia powietrza

Jeżeli wylot powietrza przylega bezpośrednio do ściany lub innej przegrody, lub jest usytuowany w pobliżu tych przegród, występuje wówczas zjawisko poślizgu strumienia po tej przegrodzie. Powstały strumień powietrza należy traktować jako strumień półograniczony, charakteryzujący się w stosunku do strumienia swobodnego:

  • wolniejszym spadkiem prędkości osiowej, a więc większym zasięgiem strumienia,
  • dwukrotnym zmniejszeniem zdolności mieszania z powietrzem otoczenia,
  • wolniejszym wyrównywanym się różnicy temperatur,
  • taką samą indukcją powietrza otaczającego bezpośrednio za wylotem (w strefie formowania się).

Nie przewidywane z góry wystąpienie zjawiska poślizgu może niekiedy poważnie zakłócić założony przebieg zmienności parametrów strumienia powietrza. Natomiast często wykorzystuje się to zjawisko przy projektowaniu rozdziału powietrza.

Przy projektowaniu przylepionych strumieni powietrza bardzo istotną rolę odgrywa temperatura sąsiadujących ze strumieniem przegród. Jeżeli strumień powietrza porusza się wzdłuż poziomej przegrody o niskiej temperaturze, wówczas na skutek ochłodzenia powietrza w warstwie przysufitowej, może nastąpić szybkie oderwanie się strumienia od tej przegrody. W tych samych warunkach, przy pierwszym ruchu powietrza skierowanym w dół, występuje zwiększenie prędkości przepływu wskutek dodatkowego ochłodzenia powietrza. Ponadto kontakt z powierzchnią o innej temperaturze pow< duje zmianę założonej temperatury powietrza nawiewanego.

Zjawisko odchylenia pierwotnej osi strumienia wskutek bliskości przegród

Odchylenie pierwotnej osi strumienia wskutek bliskości przegrody, tak zwany efekt Coanda, w praktyce jest spotykane dość często, przy czym, jeżeli występuje w sposób nieplanowany, może całkowicie zmienić przewidywany przebieg strumienia powietrza. Zmiana kierunku przepływu oraz przylepienie się strumienia powietrza do sąsiadującej przegrody jest spowodowane powstawaniem podciśnienia w przestrzeni powstałego wskutek tendencji strumienia do zasysania powietrza otaczającego. Możliwość powstawania podciśnienia jest spowodowana utrudnionym zasysaniem powietrza z otoczenia.

Zasięg i granice swobodnego strumienia powietrza

Jako zasięg strumienia powietrza przyjmuje się odległość, w której strumień powietrza przestaje poruszać się w kierunku swojej osi. Zasięg strumienia jest zależny od wielkości i budowy nawiewnika, prędkości wypływu powietrza, ustawienia łopatek kierujących i usytuowania nawiewnika w stosunku do przegrody. Wskutek wpływu sił lepkości cząsteczki powietrza, poruszające się z prędkością 0,3 m/s, w spokojnym otoczeniu zostają gwałtownie zahamowane przez to otoczenie. Tę graniczną prędkość przyjmuje się jako prędkość zamierania strumienia. Wydaje się, że gdy w otaczającym strumień powietrzu występują naturalne ruchy powietrza, graniczna prędkość zamierania strumienia nie powinna być większa niż 0,3 m/s. Jednak w pewnych przypadkach projektant może tę graniczną prędkość powiększyć, o ile nie grozi to pogorszeniem warunków w strefie pracy.

Granice boczne strumienia powietrza przyjęto w literaturze określać przez kąt jego rozwarcia. Kryterium to z wielu względów nie jest ścisłe, a mianowicie:

  • kąt rozwarcia strumienia zależy od wybranej prędkości granicznej;
  • granice boczne strumienia nie są linią prostą;
  • dla strumieni nieizotermicznych należy rozróżniać dwa rodzaje granic — dynamiczną i termiczną.

Według Abramowicza teoretyczna wielkość kąta rozwarcia strumienia wynosi 25 stopni przy prędkości strumienia = 0. Rzeczywista wielkość kąta rozwarcia dla nawiewnika z łopatkami ustawionymi równolegle, przyjmowana jest w granicach 18 do 22 stopni. Przy ustalaniu zależności ogólnych dla strumieni powietrza przyjęto miarodajną wielkość kąta, którego ramiona stanowią miejsce geometryczne punktów, w których prędkość strumienia powietrza jest równa połowie osiowej prędkości zamierania. Z analizy rozkładu prędkości w przekroju poprzecznym strumienia wynika, że najlepszy jest kąt 12 st. Tak przyjęta wielkość pozwala na wyprowadzenie prawidłowych zależności charakteryzujących strumień powietrza i jest powszechnie stosowana w praktyce.

Wloty i wyloty powietrza

Wloty i wyloty powietrza są zazwyczaj zaopatrzone w obudowy. Obudowane wyloty powietrza nazywamy nawiewnikami, natomiast wloty – wywiewnikami.

W technice wentylacyjnej z uwagi na miejsce usytuowania nawiewników rozróżniamy: ścienne, sufitowe, podokienne i podłogowe. Ponadto są one podzielone na osiowo symetryczne, szczelinowe i wachlarzowe lub pierścieniowe. Nawiewniki są to obudowy wylotów dające możność formowania, ewentualnie również kierowania strumienia powietrznego; zazwyczaj składową częścią obudowy są łopatki kierujące proste lub pierścieniowe, mogą być również w postaci dysz, talerzy, płyt perforowanych itp.

« »