Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член

Утерянные победы

Предлагаемая читателю статья «Создание и развитие метода моделирования в отопительно-вентиляционной технике в СССР» авторов С. В. Ульянинского, Е. В. Кудрявцева и Л. И. Гинзбурга не утратила своей актуальности и значимости. Содержание статьи отражает огромный вклад отечественных ученых в развитие науки и техники моделирования, без применения которых не возможно распространение результатов экспериментов на реальные технические решения. Публикация статьи вызывает двоякое чувство.

С одной стороны, это гордость за отечественную науку, яркие представители которой, как фундаментальной, так и прикладной, разработали и внедрили в мировую практику наиболее продуктивный в 50–70-е годы. прошлого века метод исследований вентиляции помещений и вентиляционных устройств.

С другой стороны – чувство горечи и обиды. За последние 20 лет, за редким исключением, систематические экспериментальные научные исследования в нашей области практически не проводились.

Список литературы, включающий 53 позиции, большинство из которых было опубликовано за менее чем 20-летний отрезок времени, показывает, насколько активные и разнообразные исследования проводились в этот период. Ни один крупный цех, ни одно значимое общественное здание не проектировались без проведения экспериментов методами физического моделирования.

Благодаря широкой международной известности монографии В. В. Батурина «Основы промышленной вентиляции» [28], переведенной на английский язык и переизданной не менее 6 раз (издательство Pergamon Press), разработанные в СССР теоретические основы и методы приближенного физического моделирования получили распространение в исследовательских центрах ведущих фирм Европы и мира (Halton, Trox и т. п.).

Использование теории подобия, позволило не только получать частные результаты по моделированию конкретных помещений и устройств, но и обобщать их в критериальной форме и распространять на подобные объекты.

В 70–80-е годы прошлого века методические разработки и практика физического моделирования продолжали совершенствоваться. Здесь необходимо отметить, в первую очередь, «традиционные» центры исследования вентиляции (ЦНИИПромзданий, МНИИТЭП, ВЦНИИОТ (Москва); ЛИСИ, ВНИИОТ (Ленинград) и др.).

В этот период развитие теории и практики физического моделирования были направлены на обеспечение в модели и натуре идентичного распределения потоков лучистого и конвективного тепла, для чего были разработаны ряд методик и приемов.

В последние годы физическое моделирование постепенно стало вытесняться математическим моделированием вентиляционных процессов и устройств методами численного решения уравнений гидродинамики для турбулентного течения жидкости (методы CFD). Однако для выбора адекватной модели CFD, схемы расчета и получения надежных результатов необходим «опорный эксперимент», проводимый либо на физической модели, либо в натурных условиях.

Вместе с тем, математическое моделирование, так же как и физическое, должно основываться на использовании научных основ и критериальных зависимостей, характерных для данного процесса. Только в этом случае результаты «машинного» эксперимента могут быть распространены на подобные натурные модели.

Не хочется заканчивать эту заметку пессимистически. В последнее время научные исследования вентиляции начали набирать силу, что вызвано большой потребностью практики проектирования и строительства вентиляции. Это видно и по работе НП «АВОК», и по исследованиям, проводимым различными фирмами. Здесь необходимо отметить уникальный, по любым меркам, аэродинамический и акустический стенд, созданный фирмой «Арктика» в Санкт-Петербурге.

Будем смотреть в будущее с оптимизмом.

 

Е. О. Шилькрот, канд. техн. наук,

старший научный сотрудник ОАО «ЦНИИПромзданий».

Лауреат премии НП «АВОК»  «Медаль им. В. Н. Богословского».

 

Создание и развитие метода моделирования в отопительно-вентиляционной технике в СССР

 

Теория подобия и размерности в настоящее время широко используется для обобщения экспериментальных данных и общего анализа физических явлений. Основы этой теории были разработаны в трудах В. Л. Кирпичева, вышедших в свет в 1872–1907 годах [1]. Н. Е. Жуковский применял теорию подобия в 1909 году в работах Кучинского аэродинамического института. В. Е. Грум-Гржимайло исследовал в 1910 году работу промышленных печей на моделях [2]. В 1912–1925 годах были опубликованы работы Т. А. Афанасьевой, в которых она установила, что для подобия необходимо, чтобы уравнения, связывающие между собой физические величины, были «инвариантны и условно однородны». Из этого условия она вывела первую (о существовании критериев подобия) и вторую (о критериальных уравнениях) теоремы подобия для самого общего случая подобия явлений природы [1].

С начала двадцатых годов XX века советскими учеными широко развернута систематическая работа по приложению теории подобия к моделированию. Благодаря третьей теореме подобия М. В. Кирпичева и А. А. Глухмана учение о подобии стало научной основой эксперимента [3], [4], [5]. Эта теорема гласит: подобны те явления, которые происходят в геометрически подобных системах, подчиняются одним и тем же уравнениям связи, у которых моноваленты находятся в численно постоянном отношении и составленные из них критерии равны.

Итак, все теоретическое содержание учения о подобии для самого общего случая любого явления природы дано учеными нашей страны. Широкому применению в Советском Союзе моделирования систем вентиляции и отопления способствовало использование метода приближенного моделирования тепловых устройств, разработанного М. В. Кирпичевым и М. А. Михеевым [2], развитого Л. С. Эйгенсоном [6], П. К. Конаковым [3] и другими советскими учеными.

В книге М. В. Кирпичева и М. А. Михеева «Моделирование тепловых устройств» дается определение метода приближенного моделирования: «приближенное моделирование есть смешанный теоретико-экспериментальный метод, состоящий в установлении требований, предъявляемых теорией для получения полного подобия в модели, и в выявлении путем экспериментального сравнения модели с образцом, какие из требований могут не выполняться без заметного искажения подобия». Отсюда вытекает, что каждая характерная особенность изучаемого явления, а также принятая для моделирования рабочая среда требуют создания своей обоснованной методики для проведения приближенного моделирования. Методом приближенного моделирования тепловых устройств были выполнены на водяной модели исследования движения газов в печи конструкции Грум-Гржимайло (М. А. Михеевым и В. А. Баумом); естественной циркуляции воздуха, возникающей в помещениях металлургических цехов (Г. А. Максимовым и А. О. Львовым при консультации М. В. Кирпичева); действия циклонов с разработкой типа их конструкций (П. М. Волковым, К. Лукьяновой, Е. В. Половниковой и С. Н. Сыркиным, также при консультации М. В. Кирпичева).

Исходя из общих положений моделирования Е. В. Кудрявцев [7] разработал теоретические основы теплового и гидродинамического моделирования вентиляционных систем. По предложенной им классификации, согласно которой следует различать задачи «внешней» и «внутренней» естественной конвекции, отличающиеся краевыми условиями, процесс естественной конвекции, возникающей в замкнутом объеме помещений, относится к внутренней естественной конвекции.

При изучении закономерностей процессов взаимодействия естественной и вынужденной конвекции соизмеримых скоростей в больших замкнутых объемах была установлена область автомодельности теплообмена на границах по отношению к определяющему размеру, так называемый «закон» 1/3”, что позволяет при соблюдении небольших перепадов температур применять жидкостное (водяное) моделирование, причем определяющими комплексами будут Gr·Рr2 и критерий Ar. При исключении из рассмотрения сил вязкости (автомодельность по Re) появляется возможность исключить и вопрос об изменении физических параметров – динамической и кинематической вязкости в зависимости от температуры, а учитывая, что направление изменения температуропроводности, входящей в комплекс Gr·Рr2, оказывается совпадающим для воды и воздуха, имеются основания исключить также и температуропроводность. При этом определяющим критерием остается Ar.

Это позволяет отказаться от опрокинутого моделирования при моделировании внутренней естественной конвекции и использовать метод прямого приближенного жидкостного моделирования.

Инвариантность Nu по отношению к определяющему размеру приводит к зависимости

позволяющей выполнять точный пересчет температурного поля (Т1), создаваемого системой источников тепла заданной мощности W1 (на модели), на другое поле (Т2), создаваемое подобной системой источников, но другой мощности W2 (в натуре).

В итоге обобщения результатов автомодельности процессов естественной и вынужденной конвекции были даны основания для проведения приближенного моделирования вентиляционных систем на жидкостных и воздушных моделях.

На основании анализа были сделаны выводы о том, что характеристика турбулентности по всей длине струи в общем случае может быть сделана по значению критерия Re, составленного по условиям на входе; единственным определяющим критерием (условием моделирования) для изотермических струй является также Re. В случае неизотермической струи определяющим критерием служит Ar, составленный из условий однозначности.

Если струя (факел) создается тепловым источником, то поскольку единственным результатом работы подъем-ной силы является кинетическая энергия факела,

Re2 = Gr, а так как Gr = Ar•Re2, то Ar ≡ 1.

Принципиально новым в работах Е. В. Кудрявцева является теоретически и экспериментально установленное горизонтальное (адвективное) расслоение жидкости (воздуха) в замкнутом объеме помещений при наличии значительных тепловыделений, выражающееся в образовании тепловой подушки с четкой устойчивой границей – температурным перекрытием между двумя обособленными зонами. Это физическое явление он предложил использовать для устройства в помещении большого объема «частичной вентиляции».

И. А. Шепелев в развитии этой идеи показал, что уровнем температурного перекрытия можно управлять путем подачи воздуха соответствующей температуры в нижнюю или верхнюю зоны помещения при одновременном удалении воздуха из другой зоны. Последовательно работая над изучением конвективных потоков, возникающих над источниками тепла конечных размеров, И. А. Шепелев выдвинул новое теоретическое положение о формировании конвективного потока над источником тепла, базирующееся на представлении о том, что реальный тепловой источник конечных размеров состоит из бесконечного множества точечных источников, каждый из которых возбуждает элементарный конвективный поток. Взаимодействуя между собой элементарные потоки образуют интегральный конвективный поток, который в действительности возникает над источником конечных размеров [8].

Метод моделирования на воздушных моделях систем вентиляции с конвективным тепловыделением разработан В. Н. Тетеревниковым [9].

Метод моделирования процесса аэрации зданий при наличии теплового напора и ветра с использованием моделирующей среды – воздуха – разработан В. В. Батуриным и В. М. Эльтерманом [10].

Оба методы идентичны, просты, но из-за недостаточного соблюдения подобия температур не дают возможности всестороннего изучения температурного поля вблизи источников тепла.

Несколько позднее Л. И. Гинзбург [11] разработал на базе теории подобия метод приближенного моделирования на водяных моделях вентиляции помещений с избытками явного тепла. В данном методе на основе выведенного частного уравнения, выражающего специфику моделируемого процесса, введен в совокупность необходимых и достаточных условий моделирования «критерий установившегося вентиляционного процесса»:

где F – суммарная площадь теплоотдающих и тепловоспринимающих поверхностей;

G – весовой расход вентиляционного воздуха за единицу времени;

cp – удельная весовая теплоемкость;

a – осредненный коэффициент теплоотдачи в вентилируемом объеме;

tc, tп, ty – осредненные температуры соответственно поверхностей, притока и в объеме помещения.

Здесь по-новому рассматриваются вопросы установления геометрического масштаба модели и пересчета с модели на натуру, причем графоаналитическим путем показана возможная погрешность в этом пересчете, если геометрическим масштабом задаваться, а не определять его расчетом. На основании проведенного анализа Л. И. Гинзбург предложил рекомендации по выбору моделирующей среды и установлению значений температуры на границах в модели.

С. В. Ульянинский и И. П. Цирг [12] предложили метод локального приближенного моделирования, который дает возможность исследовать условия комфорта как во всем объеме помещения в целом, так и в частных объемах, на которые он распадается, характеризуемых соответствующими частными значениями средних температур.

Важное усовершенствование метода приближенного моделирования на воздушных моделях систем вентиляции и отопления сделано А. М. Листовым [13]. В частности, им предложено при проведении моделирования соблюдать подобие теплопотерь на границах исследуемых объектов. По рекомендуемому А. М. Листовым методу моделирование ведется на основании свойств автомодельности по Re и Gr·Рr; положения, высказанного Е. В. Кудрявцевым и В. В. Батуриным, о соизмеримости скоростей естественной и вынужденной конвекции; предположения о том, что средняя температура воздуха помещения может быть принята определяющей для общего теплообмена с ограждениями; допущения локальных искажений на участках, не являющихся объектами самостоятельного изучения и моделируемых по мощности. Связи между константами подобия находятся из условий инвариантности общих критериев подобия; уравнений тепловых балансов между элементами теплообмена (причем допускается возможность варьирования в моделях коэффициентов теплопереноса); уравнений материальных балансов (причем допускается варьирование в моделях коэффициентов гидравлического сопротивления, если области в районе этих сопротивлений не являются самостоятельными объектами изучения).

Метод приближенного моделирования вентиляционных систем при выделении в помещение тепла и газовых примесей дан В. М. Эльтерманом [14]. Из дифференциального уравнения, характеризующего процесс распространения примесей в турбулентном потоке воздуха, им получен дополнительный критерий

где v – осредненная скорость;

x – линейный размер (расстояние от источника);

A – коэффициент турбулентного обмена.

Поскольку коэффициент турбулентного обмена не входит в условия однозначности, В. М. Эльтерман определил зависимость этого коэффициента от величин, входящих в условия однозначности. Использованная им теория локальной изотропной турбулентности А. Н. Колмогорова позволила установить соотношение

где e – удельная величина диссипируемой энергии в единице массы среды в единицу времени;

l – определяющий размер изучаемого объекта.

С учетом того, что для геометрически подобных систем x ~ l, получается

Обычно в вентилируемых помещениях диссипирует энергия, внесенная в них в основном приточными и конвективными струями. Для расчета энергии этих струй имеются формулы [10], состоящие только из величин, входящих в условия однозначности. Таким образом, полученный выше критерий может быть определен как для натуры, так и для модели.

Предложенный В. М. Эльтерманом метод позволяет с достаточной степенью точности определять на моделях поля концентраций примесей в воздухе как для всего вентилируемого помещения, так и в отдельных вентиляционных устройствах.

Метод приближенного моделирования на воздушных моделях источников выделения влаги и соответствующего пересчета с модели на натуру был разработан Я. А. Штромбергом [15]. Им предложено для определения масштаба разности влагосодержаний пользоваться угловым масштабом, применяемым при графическом построении вентиляционных процессов в I–d-диаграмме.

Ряд предложений в области приближенного моделирования конвективно-лучистого теплообмена в системах отопления и вентиляции сделали А. М. Листов [13], В. М. Эльтерман [16] и В. Н. Богословский [17].

В последнее время М. З. Брауде [18] предложил метод моделирования для решения вентиляции запыленных цехов, в которых пыль от места ее образования разносится конвективными потоками (например, сварочного цеха). В связи с тем, что в условиях модели создавать запыленный сварочный факел, подобный натурному не представляется возможным, было предложено заменить его струей нагретого воздуха, в которую специальным устройством подавалось и переводилось в аэрозольное состояние заданное количество специально подобранного диспергированного материала. При этом было установлено, что для осуществления подобия движения пыли в конвективных потоках необходимо соблюдение критерия

где w – скорость витания пыли;

v – скорость несущего потока.

При числах Рейнольдса для частиц, меньших единицы, этот критерий может быть выражен через произведение критериев Стокса и Фруда. Для полидисперсных пылей был сделан вывод, что подобными будут те две или несколько систем пылевых частиц, кривые дисперсного состава которых афинны. Так как масштаб скоростей конвективных потоков, а следовательно, и масштаб скоростей витания равны:

то принимая в модели разные значения cDt (масштаба избыточных температур) можно выбрать удобный для моделирования масштаб скоростей витания cw.

В. Н. Талиев [19] на основании исследования и анализа частных методов приближенного моделирования дал метод в обобщенном виде с раздельными положениями в отношении моделирующих сред – воды и воздуха.

Им было показано, что моделирование при рабочей среде – воде – более строгое и позволяет исследовать температурное поле вблизи источников тепла. Однако при преобладающих лучистых тепловыделениях целесообразнее пользоваться рабочей средой – воздухом, поскольку вода не является теплопрозрачной.

Следует отметить справедливость указания В. Н. Талиева, что в практическом отношении моделирование на воде является достаточно сложным, поскольку приходится соблюдать большую степень герметичности установки и, кроме того, при проведении опытов требуется повышенный расход энергии на создание необходимой мощности теплоисточников в модели. Проведение моделирования на воздухе значительно проще, но практически может быть применимо только при условии возможности уменьшения области подобия температурных полей (исключается температурное поле вблизи источников тепла).

Это указание подтверждается проведенным В. В. Батуриным и Л. М. Дудинцевым [20] сравнением использования воды и воздуха в качестве рабочей среды в модели.

С. И. Стриженов [21] теоретически обосновал гидравлическое моделирование турбулентных воздушных потоков, что позволяет расширить область его применения.

Теоретические обобщения Л. С. Клячко [22] на основании сходства математических описаний процессов переноса тепла и вещества применительно к помещениям с избыточным тепло- и массовыделением способствовали развитию отечественного метода моделирования вентиляционных систем.

В последнее десятилетие для исследования вентиляционных и отопительных систем стали широко применять методы аналогового моделирования 1. В. Е. Константинова  разработала методы аналогового моделирования (с применением гидро- и электроаналоговых устройств) воздухообмена зданий и потокораспределения в системах отопления. Программа расчета воздухообмена на ЭЦВМ БЭСМ-2М была составлена В. Я. Хасилевым и К. С. Светловым (Сибирский энергетический институт АН СССР).

Описанные выше методы приближенного моделирования использованы для проектирования и строительства отопительных и вентиляционных систем с целью повышения эффективности их работы.

В ВЦНИИОТ В. В. Батуриным и В. И. Ханжонковым [26] на моделях выполнены исследования по визуальному изучению поведения воздушных потоков, возникающих в помещениях при общеобменной вентиляции, проведенные в плоском воздушном канале, водяном лотке и пространственной воздушной модели.

В. Н. Тетеревников [9] в ВНИИОТ в Ленинграде провел на воздушных моделях вентиляции котельных исследования, подтвердившие правильность предложенных В. В. Батуриным основных положений по моделированию с конвективными тепловыделениями.

Методом теплового и гидродинамического моделирования Е. В. Кудрявцевым [27] при консультации М. В. Кирпичева в ЭНИН АН СССР были проведены исследования для Большого зала Дворца Советов в целях прогноза и сопоставления вентиляционных схем еще не существующего объекта. Моделирование проводилось на плоской и объемной водяных моделях и позволило получить для достижения комфорта варианты температурных и скоростных полей в исследуемом объеме и показало полную возможность реализации идеи устройства в помещениях с большими тепловыделениями частичной вентиляции.

При струйной подаче воздуха непосредственно под ваттными источниками света и устройстве вытяжки на уровне пола было зафиксировано образование «тепловой подушки», отделенной от нижней зоны зала «температурным перекрытием». Рабочий объем нижней, вентилируемой зоны составил одну треть общего объема помещения. Для изучения динамики наблюдавшихся явлений были использованы фото- и киносъемка ВЦНИИОТ и ВНИИОТ, в Ленинграде проводили на воздушных моделях исследования аэрации и механической вентиляции крупных машиностроительных и химических заводов, отдельных вентиляционных устройств и процессов, подробно описанные в трудах В. В. Батурина [28]  и В. М. Эльтермана [10].

Исследования аэрации горячих цехов, проведенные Н. В. Акинчевым [29] на воздушной модели, выявили, что при Qизб= const и прочих неизменных условиях количество источников тепла и их расстановка не оказывают влияния на осредненные значения Δtр.д., а увеличение высоты помещений вызывает рост расхода вентиляционного воздуха.

Большие теоретико-экспериментальные исследования С. Е. Бутакова [30] по моделированию аэрации горячих цехов при ветровом побуждении, тепловом побуждении и совместном их воздействии позволили благодаря найденным им закономерностям для циркуляционных течений воздуха, отвечающим тому или иному из указанных выше вентиляционных режимов, вывести уточненные формулы моделирования, что приводит к усовершенствованию расчета аэрации горячих цехов.

Изыскания и исследования методом моделирования, выполненные МИИГС (С. В. Ульянинский, Л. И. Гинзбург, И. П. Гинзбург) с участием ЭНИН АН СССР (М. В. Кирпичев, Е. В. Кудрявцев) по заданию Мосэнерго, позволили подробно изучить и сопоставить предлагаемые для строительства ТЭЦ типовые схемы вентиляции машинных залов.

Моделирование проводилось на плоской застекленной водяной модели, воспроизводившей поперечный разрез зала, что было вполне достаточным ввиду цикличного размещения агрегатов по его длине. Тепловыделения моделировались нагревателями, по форме и размещению соответствовавшим натуре. Масштаб модели был определен по условиям Ar=idem и Kт = idem, отвечающим обстановке тепловой и гидродинамической турбулентности в натуре и в модели.

В связи с формированием «температурного перекрытия» в верхней зоне зала и применением «оазирования» рабочих мест явилась необходимость применения метода локального приближенного моделирования [12]. Согласно требованиям, предъявляемым данным методом, для каждой части объема как в натуре, так и в модели, соблюдалось условие Qч = idem и по известным для них значениям средней температуры теплоотдающих поверхностей tс.ч. устанавливалось соответствующее значение температуры уходящего воздуха tу.ч., что позволило определить потребный расход Gм.ч. для модели и Gн.ч. для натуры. Наблюдавшиеся в модели процессы были засняты на фото- и кинопленку.

Параллельно проводилось исследование температурных и скоростных полей в объеме зала в натуре; особо подробно изучалась работа «воздушного оазиса», сооруженного у одного из турбогенераторов, что позволило установить уточняющие данные для расчета и конструирования [31].

Исследования формирования «температурного перекрытия» методом моделирования проводили также В. В. Батурин, И. А. Шепелев и другие советские ученые.

Исследования А. Л. Алтыновой [32] (МИИГС) под руководстком С. В. Ульянинского, заключавшиеся в сопоставлении на водяной модели принципиальных схем вентиляции зала типового кинотеатра на 1 600 мест с партером и балконом, позволили выявить наиболее рациональную схему вентиляции. Результаты проведенных испытаний были засняты на кинопленку.

Н. С. Сорокин (Ивановский текстильный институт) методом воздушного моделирования воздухообмена в прядильных и ткацких цехах текстильных предприятий установил, что наиболее рациональной схемой вентиляции этих цехов является верхняя активная подача воздуха через щелевые отверстия при верхнем рассредоточенном его удалении. При испытаниях оценка эффективности воздухообмена производилась с помощью коэффициента эффективности, имеющего вид

где h – коэффициент использования воздуха;

a – коэффициент тепловыделения в рабочую зону;

iух, iпр, iр.з. – теплосодержание воздуха соответственно уходящего, приточного и в рабочей зоне.

Исследования на воздушных моделях В. Н. Трояновс-кого [33] (ВНИИОТ в Тбилиси) дали основу для проектирования вентиляции влажных цехов.

Большие исследования А. В. Нестеренко [34] (МИИГС), проведенные на специальной модели, позволили путем моделирования найти критериальные связи для определения коэффициентов тепло- и массообмена и критериальные зависимости температуры поверхности испаряющейся жидкости от гидродинамических и температурных условий как для естественной, так и для вынужденной конвекции, что дало возможность обоснованного проектирования вентиляционных систем в зданиях с избытками тепла и влаги.

Исследования методом моделирования, проведенные В. М. Эльтерманом [14] (ВЦНИИОТ) и П. А. Санниковым [35] (ВНИИОТ в Казани), дали основы для проектирования вентиляции в цехах с газовыми выделениями.

Исследования С. И. Зазымкина [36] на воздушной модели загазованности воздушной среды на заводе синтетического каучука позволили установить характер распространения вредных примесей по высоте цеха.

Изучение Б. Д. Симаковым путем моделирования [37] вентиляции заливочных отделений с рассеянным режимом литья дало материал для проектирования таких цехов.

Исследования Л. В. Кузьминой [38] в ВЦНИИОТ на моделях позволили получить данные для расчета боковых отсосов (простых и с поддувом).

О. Н. Тимофеева и А. Г. Аверьянов [39] (ВНИИОТ в Ленинграде) провели методом моделирования исследования, послужившие основой для разработки расчета кольцевых отсосов.

Исследования Т. А. Фиалковской [28] (ВЦНИИОТ) по сравнительной оценке различных способов организации воздухообмена при испарении бензола, выполненные на модели при изотермических условиях, дали основные положения по устройству вентиляции в цехах для пульверизационной окраски станков.

Разработке схемы вентиляции колодцев непрерывной разливки стали и расчета бортовых отсосов от источников выделения тепла и газов способствовали исследования, проведенные во ВНИИОТ в Свердловске с помощью метода теплового и гидродинамического моделирования.

Исследования П. А. Коузова и П. Н. Смухнина [40] методом моделирования способствовали выявлению эффективных конструкций пылеуловителей.

Особо широко метод моделирования был использован в области изучения струй. Были проведены исследования:

  • М. Ф. Бромлеем [41, 42], установившим закономерности для нагретой струи, вытекающей из круглого отверстия и направленной по плоскости, а также автомодельность спектров всасывания по отношению к Re;
  • Д. Н. Ляховским и С. Н. Сыркиным [43], получившими характеристику аэродинамики факела, вытекающего в среду другой плотности;
  • Р. Н. Гобзой [44] и В. В. Батуриным, установившими возможность получать в системах воздушного отопления с сосредоточенной подачей колебания температуры в рабочей зоне не более 2 °С и скорости движения воздуха не более 0,5 м/с;
  • Ю. В. Ивановым [45], установившим закономерности распространения струи в сносящем ее потоке;
  • И. О. Замазием [28], определившим поведение струи, вытекающей из кольцевого отверстия;
  • С. Б. Старком [28], установившим превращение струй, вытекающих из некруглых отверстий, в осесимметричные;
  • Н. Н. Садовской, В. Н. Розенбергом, В. Н. Трояновским,
  • В. А. Бахаревым [33], [46], определившими закономерности распространения струй в ограниченном пространстве;
  • М. И. Гримитлиным [47], изучавшим поступление воздуха через перфорированные воздуховоды;
  • Л. С. Клячко и И. Л. Ганесом [48], выявившими характеристики воздухораспределителей с щитком против потока;
  • Г.  Г. Шамциян [49], вскрывшей закономерности распространения струи холодного воздуха, направленной вдоль потолка;
  • В. М. Эльтерманом [50], установившим характеристики струй при соосном и взаимно перпендикулярном расположении притока и вытяжки;
  • А. Л. Алтыновой [51], изучавшей влияние расположения вытяжных отверстий на работу приточных струй;
  • Б. Ю. Данюшевским и Е. И. Шавердовой [52], получившими зависимости для плоской неизотермической струи;
  • П. В. Участкиным [53], вскрывшим закономерности ниспадающего потока воздуха.

Много работ проведено методом математического моделирования с использованием гидро- и электроаналоговых устройств.

Работы НИИСТ с участием проектных организаций привели к ряду рекомендаций по конструктивно-планировочным решениям при проектировании систем вентиляции жилых зданий повышенной этажности, школьных и больничных зданий [24] и [25].

Работы, выполненные в МИСИ имени В. В. Куйбышева под общим руководством В. Н. Богословского [17], способствовали решению вопросов нестационарной теплопередачи через ограждающие конструкции в условиях фильтрации воздуха (с применением интегратора); раздельного учета конвективного и лучистого теплообмена на греющих поверхностях (с использованием модели ЭМТ-1); воздушного режима зданий различного назначения для определения теплопотерь на инфильтрацию; гидравлического режима систем отопления; конвективного теплообмена на нагретых и охлажденных поверхностях помещений, снабженных системами обогрева и охлаждения.

Приведенный далеко не полный перечень выполненных работ свидетельствует о широком применении в СССР метода приближенного моделирования для научного решения задач, относящихся к вопросам проектирования, строительства и эксплуатации систем отопления и вентиляции.

Можно предположить, что наибольшую полноту решения физических задач проектирования вентиляции и отопления будут давать жидкостное и газовое моделирование (водяное или воздушное), совмещающие тепловую и гидродинамическую стороны процесса. Аналоговые методы, в частности электрическое и гидравлическое моделирование, будут весьма полезны для общей характеристики той или иной схематизированной отопительной или вентиляционной задачи и широкого исследования нестационарных тепловых процессов в ограждениях.

 

1 Следует отметить, что в строительной теплотехнике метод электромоделирования был впервые применен О. Е. Власовым в 1928 г. [23].

Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №6'2008

распечатать статью распечатать статью


Реклама
Реклама на нашем сайте
Rambler's Top100 Rambler's Top100 Яндекс цитирования



Кондиционирование, отопление, вентиляция

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте