Рис. 1. Схемы работы ВРП с регулируемой геометрией струи
Рис. 2. Изменение осевой скорости струи для модели ВРП
В вентилируемых помещениях, где основным видом вредных выделений является теплота, проектировщик стоит перед альтернативой: воздухообмен определяется по тепловому балансу летнего периода и остается неизменным во все периоды года; либо рассчитывается переменный воздухообмен в соответствии с прогнозируемым изменением теплового баланса. В первом случае для зимнего и переходного периодов предусматривается частичная рециркуляция воздуха; во втором — приточные системы должны быть обеспечены достаточно сложной системой автоматического регулирования.
Заметим, что аналогичная проблема возникает во всех инженерных системах с переменным режимом потребления рабочего тела (системы теплогазоснабжения, водоснабжения и др.). Опыт показывает, что экономия энергоресурсов, которая достигается во втором случае, может быть весьма существенной. Это особенно справедливо для больших систем. Тем не менее, проектировщик, как правило, делает выбор в пользу первого варианта.
В этом случае проще и дешевле система автоматического регулирования, и соответственно, ниже требования к квалификации персонала, обслуживающего вентсистемы. Важным фактором, сдерживающим широкое применение систем вентиляции с переменным расходом, является сама нестационарность режима циркуляции воздушных масс в помещении, а отсюда — сложность поддержания нормируемых условий в обитаемой зоне.
При изменении условий истечения меняется распределение скорости в струе; если струя неизотермическая — меняется соотношение гравитационных и инерционных сил на истечении, что может привести к изменению формы струи, места отрыва струи от потолка при подаче охлажденного воздуха настилающейся струей и т.д. [1, 2]. В связи со сказанным ясна актуальность разработки воздухораспределителей (ВРП) с автоматически изменяемой геометрией, что позволит регулировать форму и свойства струи (распределение скорости и избыточной температуры по сечениям, дальнодействие и др.).
Такими качествами обладает регулируемый ВРП [3], принцип работы которого иллюстрирует рис. 1. Воздухораспределитель содержит корпус с изменяемым профилем выпускного отверстия и механизм регулирования формы и параметров истечения струи. Корпус выполнен из набора установленных внахлест и подпружиненных пластин-лепестков 1, изнутри подпираемых управляющей упорной пластиной 2, она может перемещаться на штоке 3 вдоль оси за счет действия магнитной катушки 4, напряжением на которой управляет автоматика приточной установки.
Изменением положения штока 3 и пластины 2 достигается установка одного из двух вариантов выпуска воздуха — компактной или конической струей. Компактную струю ВРП формирует при сужении выходного сечения смыканием лепестков корпуса 1. Что касается конической струи, то она формируется при раздвигании пластин-лепестков 1, когда корпус приобретает вид расширяющегося конического раструба.
При больших углах раскрытия на штоке 3 устанавливается перфорированный или непроницаемый отбойник 5. На рис. 1б приведены элементы конструкции ВРП: опорная рама для крепления магнитной катушки 4, шарнирные узлы крепления пластин-лепестков к фланцу воздухораспределителя. Воздухораспределитель работает следующим образом.
При увеличении расхода воздуха автоматика приточной установки подает управляющий сигнал, и шток 3 втягивается в магнитную катушку 4. Концы пластины 2 упираются в основания лепестков 1 корпуса, и они раздвигаются. При уменьшении расхода воздуха шток 3 перемещается в сторону выпускного отверстия, упорная пластина 2 перестает давить на подпружиненные лепестки 1 и они смыкаются.
Таким образом, в предлагаемом воздухораспределителе регулирование параметров струи происходит в автоматическом режиме. Степенью открытия выпускного отверстия управляет исполнительный механизм воздухораспределителя (упорная пластина 2, перемещаемая на штоке 3), связанный с регулирующими элементами приточной установки. Это позволяет использовать ВРП подобной конструкции в помещениях различного назначения, оснащенных системами автоматического управления параметрами воздушной среды.
Для определения кинематических характеристик формируемой струи был выбран вариант ВРП с непроницаемым отбойником диаметром 100 мм и с ручным регулированием положения штока 3. Эксперименты проводились при шести расходах воздуха через ВРП: 181, 258, 387, 489, 538 и 553 м3/ч. При фиксированной скорости v0 во входном патрубке диаметром d0 = 120 мм определялась скорость воздуха на оси струи vxoc на расстоянии х от выходного сечения. Расстояние Δx между точками замеров принималось с шагом 100 мм.
Рис. 2 иллюстрирует экспериментальные данные по осевой скорости струи при трех значениях геометрического параметра ВРП D/d0 = 0,97; 1,17 и 1,54, приведенные в безразмерных координатах
площадь входного сечения ВРП. Из рисунка видно, что на участке формирования струи (x- ≤ 2) осевая скорость сначала падает, а затем интенсивно возрастает, что говорит о наличии зоны разрежения за отбойником (рис. 1в). Значение кинематического коэффициента m для основного участка струи при каждой геометрии ВРП определялось по формуле:
Зависимость изменения m от D/d0 для опытного образца ВРП может быть представлена формулой
При D/d0 = 0,96 коэффициент m имеет значение 5,1, характерное для компактной струи; при D/d0 = 1,17 и 1,54 значения m характерны для конических и веерных струй — 3,9 и 2,9, соответственно. Таким образом, предлагаемый воздухораспределитель (ВРП) позволяет регулировать параметры истечения и, соответственно, значение кинематического коэффициента в широком диапазоне, и может быть использован для систем с переменной подачей воздуха.
