Исследование аэродинамических параметров воздухораспределителей при взаимодействии круглых несоосных струй

Цель исследования. Целью работы является определение параметров результирующего потока при взаимодействии встречных несоосных потоков воздуха для обеспечения интенсивного снижения скорости воздуха в производственно-технологических помещениях небольшого объема. Достижение поставленной цели необходимо решить такие задачи как проведение анализа существующих теоретических положений и методов расчета систем воздухораспределения производственно-технологических помещений небольшого объема; разработка математической модели процесса взаимодействия встречных несовместимых потоков и определить параметры результирующего воздушного потока в зависимости от геометрических характе-ристик прибора. Объектом исследования являются системы приточной вен-тиляции в производственно-технологических помещениях небольшого объема с незначительными тепловыми нагрузками. Предметом исследования являются процессы формирования результирующего воздушного потока, созданного путем взаимодействия встречных несоосных потоков воздуха.

Методы. Методы математического моделирования движения воздушного потока на основании уравнений аэродинамики.

Результаты. Получены аэродинамические характеристики результирующей струи – коэффициент Буссинеска и коэффициент поля скоростей.

Заключение. Выявлено, что между двумя круглыми струями с разнонаправленными скоростями и двумя результирующими потоками по внутренней области образуется пространственная вихревая зона с максимальным градиентом скорости. На границах струй происходит интенсивное подмешивание окружаю-щего воздуха, векторы которого направлены противоположно, а величины скоростей зависят от скоростей в струях, из-за чего изменяется характер вихревого движения. Результаты показывают, что, фактический уровень перерегулирования при скачке нагрузки определяется в первом приближении величиной приращения потерь, умноженной на разность значений тепловой проводимости, обмотка-масло при исходной и конечной температурах масла в каналах охлаждения обмотки, а эта разность сама зависит от величины приращения потерь. Получены оптимальные интервалы факторов для значения максимального значения функции: t – от 40 до 120; ρ – от 800 до 900; c – от 1,4 до 2,3.

1. Logachev I.N., Logachev K.I. Industrial Air Quality and Ventilation: Controlling Dust Emissions. CRC Press. 2017. 414 p.

2. Logachev K.I., Ziganshin A.M., Averkova O.A. On the resistance of a round exhaust hood, shaped by outlines of the vortex zones occurring at its inlet, Build. Environ. 2019, 151 338–347. doi: 10.1016/j.buildenv.2019.01.039.

3. A survey of separated airflow patterns at inlet of circular exhaust hoods / K.I. Logachev, A.M. Ziganshin, O.A. Averkova, А.К. Logachev // Energy Build. 2018. № 173. Р. 58–70. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.05.036.

4. Naidenov G.F. Gas burner devices with adjustable torch characteristics. Kiev: Tekhnika, 1974. 112 p.

5. Юдин Ю. В., Майсурадзе М. В., Водолазский Ф. В. Организация и математическое планирование эксперимента. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2018. 124 с.

6. Logachev I., Konstantin K., Averkova O. Local Exhaust Ventilation: Aerodynamic Processes and Calculations of Dust Emissions. Boca Raton: CRC Press, 2015. 540 p.

7. Жилина К. В., Тютюнов Д. Н., Бурцев А. П. Один из вариантов управления системой тепло-снабжения зданий и сооружений с применением методов математического анализа // Известия Юго-Западного государственного университета. 2024. Т. 28, №2. С. 56-70. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2024-28-2-56-70.

8. Исследование процесса генерации термоэлектричества при утилизации низкопотенциального тепла cбросных газов / С. В. Ежов, Е. Н. Семичева, А. П. Бурцев, В. И. Зенченков, Д. А. Ермаков // Известия Юго-Западного государственного университета. 2019. Т. 23, № 2. С. 74-84. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-2-74-84

9. Бурцев А. П., Булгаков А. В., Яковлева В. Н. Вариант управления воздушными потоками по схеме «умный дом» с использованием комплексного многослойного пластинчатого рекуператора // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2023. № 7(1067). С. 60-63.

10. Математическая модель для автоматизированного управления тепловыми потоками энергоэффективной системы вентиляции / В. С. Ежов, Н. Е. Семичева, Д. Н. Тютюнов, А. П. Бурцев, Н. С. Перепелица, А. П. Бурцев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2021. Т. 25, № 1. С. 38-52. https://doi.org/10.21869/2223-15602021-25-1-38-52

11. Experimental research of main characteristics in a complex multi-layer plate heat exchanger / V. S. Yezhov, N. E. Semicheva, A. P. Burtsev, et al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2022. Vol. 1242, no. 1. P. 012042. DOI: 10.1088/1757899x/1242/1/012042.

12. Zaitsev O.N., Logachev K.I., Gol’tsov A.B. Increasing the pollutants capture rate by local exhaust due to the use of external swirling jet. Part 1. Research methods // Refractories and Industrial Ceramics. 2022. Vol. 63, № 3. P. 332-336.

13. Zaitsev O.N., Logachev K.I., Gol’tsov A.B. Increasing the rate of pollutants capture by local exhaust due to the use of external swirling jet. Part 2. Results of numerical and experimental studies // Refractories and Industrial Ceramics. 2022. Vol. 63, № 4. P. 448-453.

14. Zaitsev O.N., Logachev K.I., Gol’tsov A.B. Increasing the rate of capture of pollutants by local suction due to the use of an external swirling jet. Part 1. Research methods // Refractories and Industrial Ceramics. 2022. Vol. 1, № 6. Р. 40-45.

15. Системы отопления при нестационарном температурном режиме на основе комбинированного теплогенератора / Ф.А. Кешвединова, А.С. Умеров, С.А. Егоров, И.П. Ангелюк, О.Н. Зайцев // Строительство и техногенная безопасность. 2022. № 25 (77). С. 87-90.

16. Коаксиальное воздухораспределительное устройство с торцевой раздачей потока для вентиляционных систем / Зайцев О.Н., Сиваченко Ю.А. // Патент на полезную модель RU 207611 U1, 03.11.2021. Заявка № 2021105119 от 25.02.2021.

17. Исследование влияния структуры потока на коэффициент гидравлического сопротивления / Т.В. Дихтярь, О.Н. Зайцев, К.С. Дихтярь, И.П. Ангелюк // Строительство и техногенная безопасность. 2021. № 22 (74). С. 129-133.

18. Zaycev O.N., Angeluck I.P., Toporen S.S. Experimental study of the aerodynamic resistance of a conical-spiral heat exchanger of the outgoing flue gases // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. International Scientific Conference "Construction and Architecture: Theory and Practice of Innovative Development" - Organisation and Technology of Construction Production. 2019. С. 055033. DOI: 10.1088/1757-899X/698/5/055033

19. Зайцев О.Н., Дихтярь Т.В., Циплина А.А. Совершенствование систем микроклимата в сооружениях полуоткрытого типа // Строительство и техногенная безопасность. 2018. № 11 (63). С. 187-193.

20. Исследование свободной закрученной струи с прецессирующим вихревым ядром / О.Н. Зайцев, Н.А. Степанцова, О.А. Аверкова, К.И. Логачев, В.А. Уваров // Строительство и техногенная безопасность. 2017. № 8 (60). С. 109-113.