Aerodynamika wentylacji

Podręcznik jest poświęcony zastosowaniom aerodynamiki w głównych obszarach wentylacji, jakimi są prognozowanie pól prędkości przepływów powietrza w pomieszczeniach i hermetyzacja źródeł szkodliwej emisji oraz ocena przepływowych efektów wentylacji. Tematykę rozszerzono o miejscową wentylację wywiewną, dynamiczną hermetyzację odciągów miejscowych i ocenę właściwości rozdziału powietrza, podano także przykłady prognozowania wentylacji.

SPIS TREŚCI

WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ  7

1. WPROWADZENIE  11

Część L ZJAWISKA PRZEPŁYWOWE WENTYLACJI  15

2. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PRZEPŁYWÓW POWIETRZA W WENTYLACJI  15

2.1. Obiekt wentylowany  15

2.2. Rozdział powietrza w wentylacji   16

2.3. Elementy aerodynamiczne rozdziału powietrza   17

2.3.1. Strugi nawiewane  18

2.3.2. Przepływy wtórne  22

2 3.3. Strugi konwekcyjne 23

2.3.4. Spływy odciągane  24

2.4. Ocena właściwości rozdziału powietrza  25

2.4.1. Zakres diagnostyki właściwości rozdziału powietrza   25

2.4.2. Kategorie ocen właściwości procesu przepływowego w wentylacji ......... 26

2.4.3. Skuteczność rozdziału powietrza ...................................................... 27

2.4.4. Skuteczność działania odciągu miejscowego 30

2.4.5. Sprawność rozdziału powietrza ........................................................ 32

2.4.6. Efektywność rozdziału powietrza 33

2.4.7. Opis struktury przepływów powietrza w wentylacji  36

3. EMISJA I TRANSPORT ZANIECZYSZCZEŃ W POWIETRZU POMIESZCZEŃ  39

3.1. Emisja zanieczyszczeń powietrza i jej źródła  39

3.2. Mechanizmy transportu zanieczyszczeń  41

3.2.1. Dyfuzja molekularna  42

3.2.2. Dyfuzja turbulentna  45

3.2.3. Transport pasywnych zanieczyszczeń w przepływach powietrza   51

3.3. Oddziaływanie grawitacji   52

3.4. Wsteczna dyfuzja w dynamicznej hermetyzacji obudowy źródła emisji   56

4. PRZEPŁYWY POWIETRZA W SYSTEMACH WENTYLACJI  62

4.1. Określenie systemu wentylacji   62

4.2. Właściwości rozdziału powietrza w systemach wentylacji   63

4.2.1. Pożądane ogólne cechy systemów wentylacji  63

4.2.2. Charakterystyczne przypadki przepływów powietrza w wentylacji .......... 64

4.2.3. Formowanie systemu wentylacji  65

4.3. Wentylacja mieszająca  67 4.4. Wentylacja wyporowa  69

4.5. Wentylacja wywiewna w ogólnej wentylacji   73

4.6. Wywiewna wentylacja miejscowa w aspekcie przepływów powietrza   74

4.6.1. Konstrukcyjne wspomaganie hermetyzacji źródeł emisji   76

4.6.2. Aerodynamiczne wspomaganie odciągów zewnętrznych   78
 
4.7. Współdziałanie wentylacji ogólnej z wentylacją miejscową wywiewną  81

4.7.1. Pożądane cechy ruchu powietrza w otoczeniu odciągu miejscowego   81

4.7.2. Wpływ odciągu z nawiewem na dyfuzję zanieczyszczeń w pomieszczeniu 83

4.8. Obserwacje przepływów powietrza w wentylacji ogólnej z miejscową  84

4.8.1. Obiekt badany  84

4.8.2. Obserwacje pola prędkości powietrza w pomieszczeniu wentylowanym   86

4.8.3. Pole prędkości powietrza w spływie i wokół odciągu miejscowego   92

4.8.4. Parametry turbulencji i dyfuzji w badanych przepływach powietrza   94

4.8.5. Wpływ systemu wentylacji na rozprzestrzenianiem się zanieczyszczeń   96

4.8.6. Wpływ wentylacji ogólnej na skuteczność odciągu miejscowego  99

5. MATEMATYCZNY OPIS PRZEPŁYWOWYCH ZJAWISK WENTYLACJI 103

5.1. Charakterystyka struktury przepływów powietrza   103

5.1.1. Ocena charakteru ruchu powietrza   103

5.1.2. Turbulencja przepływów  107

5.1.3. Parametry pola prędkości przepływu turbulentnego   108

5.1.4. Widmo turbulencji i widmo energii turbulencji   112

5.1.5. Lepkość turbulentna i modele turbulencji   116

5.2. Matematyczny opis przepływów powietrza w wentylacji   121

5.2.1. Założenia do opisu przepływów w wentylacji  121

5.2.2. Równania zachowania dla turbulentnych przepływów w wentylacji   122

5.2.3. Warunki brzegowe procesu rozdziału powietrza   125

CZĘŚĆ II. TECHNOLOGIA FORMOWANIA PRZEPŁYWÓW POWIETRZA   129
6. PROGNOZOWANIE ROZDZIAŁU POWIETRZA W WENTYLACJI 129

6.1. Zadanie wentylacji obiektu   129

6.1.1. Cel wentylacji 130

6.1.2. Rozpoznanie czynników lokalnych 130

6.1.3. Wymagane efekty wentylacji   132

6.2. Metodyka prognozowania rozdziału powietrza wentylacyjnego  134

6.2.1. Wstępne przyjęcie rozdziału powietrza i systemu wentylacji 134

6.2.2. Dobór metody prognozowania rozdziału powietrza ............ .....   136

6.2.3. Sposób określania warunków brzegowych rozdziału powietrza 141

6.2.4. Przykład toku prognozowania rozdziału powietrza w wentylacji hali krytej pływalni  142

7. MODELE MAKROSKOPOWE  145

7.1. Modele strug nawiewanych   147

7.1.1. Modele swobodnej turbulentnej strugi izotermicznej  149

7.1.2. Model swobodnej turbulentnej strugi nieizotermicznej  156

7.1.3. Wykorzystanie zasięgu strugi w prognozach rozdziału powietrza 158

7.2. Model turbulentnej strugi konwekcyjnej   160

7.2.1. Charakterystyczne cechy swobodnej burzliwej strugi konwekcyjnej   160

7.2.2. Model strugi konwekcyjnej nad punktowym źródłem ciepła PTSK  162

7.2.3. Model PTSK w badaniach strugi konwekcyjnej nad człowiekiem   168

7.2.4. Model PTSK w prognozowaniu wentylacji wyporowej ........................ 170

7.3. Tradycyjne modele miejscowej wentylacji wywiewnej   173

7.3.1. Modele widma zasysania spływu odciąganego   173

7.3.2. Konstrukcyjne usprawnienia odciągów miejscowych  176

7.4. Aerodynamiczne osłanianie spływów odciąganych  177

7.4.1. Nawiew osłaniający — przykład doświadczalnego modelu inżynierskiego 179

7.4.2. Kurtyna powietrzna — przykład analitycznego modelu inżynierskiego  181

7.5. Odciąg zewnętrzny ze wspomagającym nawiewem kołnierzowym  183

7.5.1. Koncepcja i właściwości odciągu z nawiewem kołnierzowym   183

7.5.2. Efektywny obszar spływu wspomaganego nawiewem kołnierzowym  186

7.5.3. Skuteczność odciągu w obszarze spływu  189

7.5.4. Dobór parametrów odciągu z nawiewem kołnierzowym  192

7.5.5. Skuteczność działania kołnierzowego odciągu wspomaganego  195

7.5.6. Zastosowania odciągu zewnętrznego z nawiewem kołnierzowym  196

7.6. Efektywność energetyczna odciągu z nawiewem kołnierzowym  197

7.6.1. Porównawcze parametry odciągu  198

7.6.2. Porównawcza skuteczność działania odciągu   198

7.6.3. Ocena efektywności energetycznej odciągu   199

7.6.4. Przykład obliczeń efektywności energetycznej odciągu z nawiewem   200

8. MODELOWANIE FIZYKALNE WENTYLACJI DUŻYCH POMIESZCZEŃ  203

8.1. Zasady fizykalnego modelowania przepływów wentylacyjnych  203

8.2. Analiza równaniowa podobieństwa przepływów w rozdziale powietrza  ... 204

8.2.1. Warunki uzyskania podobieństwa zjawisk przepływowych  ... 204

8.2.2. Bezwymiarowe równania różniczkowe i kryteria podobieństwa  205

8.2.3. Wnioski z analizy równaniowej  208

8.3. Przybliżone modelowanie fizykalne rozdziału powietrza   209

8.3.1. Samozachowawczość przepływu   210

8.3.2. Progowa liczba Reynoldsa   211

8.3.3. Skale modelowania  ... 217

8.3.4. Modelowanie cząstkowe  218

8.4. Symulacja transportu ciepła na brzegu obszaru modelowania  221

8.5. Uwagi o konstrukcji modelu i o modelowaniu   222

8.6. Dyskusja projektowania fizykalnego modelu  225

8.6.1. Zakres badań i charakterystyka obiektu  225

8.6.2. Dobór skal modelowania  226

8.6.3. Symulacja ciepinych warunków brzegowych   227

8.6.4. Koncepcja stanowiska modelowego   228

8.7. Prognozowanie rozdziału powietrza ogrzewania powietrznego hali   230

8.7.1. Zadanie wentylacji w rozważanym obiekcie   230

8.7.2. Wstępna koncepcja rozdziału powietrza dla ogrzewania hali  232

8.7.3. Prognozowanie rozdziału powietrza metodą fizykalnego modelowania   233

8.7.4. Uwagi końcowe  240

9. PORÓWNAWCZA ANALIZA NUMERYCZNA ROZDZIAŁU POWIETRZA 241

9.1. Założenia do badań numerycznych  241

9.2. Obliczenia przepływów powietrza w całym pomieszczeniu  242

9.3. Badania przepływów powietrza w strefie przebywania ludzi   243

9.4. Dyskusja wyników modelowania numerycznego  245

BIBLIOGRAFIA   247