РАЗДЕЛ 2
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СТРУЙНЫХ УСТРОЙСТВАХ
И
ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ С ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
Интерес к проблеме математического моделирования вентиляционных систем
значительно возрос в связи с требованиями к их экономичности, надежности,
внутренней и внешней экологии промышленных объектов. Изучение характеристик
элементов систем вентиляции (СВ) диктуется не только чисто научными
соображениями, но также насущными инженерными задачами и, в первую очередь,
необходимостью достаточно точно предсказывать параметры этого сложного
процесса.
2.1. Технологические схемы вентиляции
с использованием струйных регулирующих органов
Как следует из обзора литературных источников, приведенном в первом разделе,
недостатком известных вентиляционных систем, включающих непосредственно
вентиляционную установки и воздуховоды, является наличие механического
регулирующего органа, что уменьшает надежность работы, требует достаточно
мощных приводных устройств, которые повышают стоимость системы вентиляции в
целом [19]. Роль регулирующего органа может быть выполнена струйными
дефлекторными элементами [36]. В диссертационной работе разработаны
оригинальные технологические схемы с использованием струйных регулирующих
органов, эжекционными устройствами, защищенные патентами Украины [33, 34, 35].
Предлагаемая вентиляционная установка устраняет упомянутый недостаток путем
того, что в ней за вентилятором как регулирующий орган применен струйный диод,
управляемый потоком воздуха, который регулируется дросселем, и обеспечивает с
одной стороны качественное регулирование подачи воздуха вентилятора в системы,
а с другой стороны - уменьшает металлоемкость и размеры, повышает надежность
работы за счет отсутствия в регулирующем органе подвижных механических частей.
Схема предложенной вентиляционной установки приведена на рис. 2.1. Она содержит
вентилятор 1, струйный управляемый диод 2, установленный за вентилятором 1 на
выходе установки и управляемый потоком воздуха, который регулируется
дросселем.
Вентиляционная установка работает следующим образом. Для регулирования расхода
воздуха на выходе вентилятора изменяется проходное сечение дросселя 3 и, тем
самым, поток управления в струйном диоде. Поток управления, взаимодействуя с
основным потоком струйного элемента 2, формирует результирующий поток, который
частично попадает в обводной канал, затем навстречу основному потоку,
увеличивая гидравлическое сопротивление на выходе вентилятора и уменьшение
расхода воздуха в соответствии с характеристикой вентилятора.
Рис. 2.1. Вентиляционная установка со струйным регулирующим органом,
установленным на выходе
Одним из вариантов использования струйного элемента в качестве регулирующего
органа является его установка перед вентилятором (рис. 2.2). В этом случае
струйный диод управляется потоком из линии нагне-
тания.
Рис. 2.2. Вентиляционная установка со струйным элементом,
установленным на входе
На рис. 2.2 изображена вентиляционная установка, которая содержит вентилятор 1,
струйный элемент 2, установленный перед вентилятором 1 на входе установки и
управляемый потоком воздуха, который регулируется дросселем 3. Для
регулирования расхода воздуха изменяется проходное сечение дросселя 3, и, как и
в предыдущем случае, изменяется сопротивление струйного элемента, а вместе с
ним и расход воздуха на выходе вентилятора. Наряду с преимуществами
рассмотренной выше схемы (рис. 2.1) – повышение надежности, уменьшение
металлоемкости – эта схема обладает еще одним. За счет байпасного подвода
воздуха для управления струйным элементом несколько повышается экономичность
регулирования и всей вентиляционной установки в целом.
Смысл байпасного регулирования заключается в том, что часть воздуха после
вентилятора сбрасывается в атмосферу через обводной канал, в котором установлен
регулировочный дроссель. Этот воздух не совершает полезной работы и в целом
уменьшает экономичность процесса вентиляции. Частично устранить этот недостаток
возможно использованием эжектора, активным потоком в котором является байпасный
расход, а пассивным – воздух, поступающий на вход в вентилятор.
На рис. 2.3 изображена вентиляционная установка, которая содержит вентилятор 1,
байпасний канал 2 с регулирующим органом 3, который заведен на вход эжектора 4,
установленный на входе вентилятора 1. Регулирование расхода воздуха на выходе
вентилятора 1 обеспечивается изменением проходного сечения дросселя 3 и
соответственно расхода воздуха в байпасном канале. Этот расход совершает
полезную работу на входе в эжекторное устройство, что обеспечивает повышение
экономичности процесса регулирования, по сравнению с рассмотренными выше
схемами.
Рис. 2.3. Вентиляционная установка с эжектором
Рассмотренные технологические схемы используют различные способы регулирования
производительности вентилятора и струйные элементы - струйное регулируемое
сопротивление и эжекционное устройство. Исследование эффективности предложенных
схем выполним на математических моделях.
2.2. Математическая модель рабочего процесса
струйного управляемого сопротивления
Широкому внедрению струйных устройств препятствует ряд причин и, прежде всего,
недостаточная изученность рабочих процессов, происходящих в элементах, и
зачастую отсутствие методов расчета. Поэтому в настоящее время интенсивно
ведутся исследования тех гидродинамических эффектов, которые используются в
струйных элементах, совершенствуются конструкции и разрабатываются новые типы
элементов.
В диссертационной работе разработана математическая модель аэродинамических
характе