Движение воздуха у приточного отверстия

Рис. 49. Воздушная струя из конца круглой трубы.

На рис. 49 показана структура воздушной струи, вытекающей из открытого конца цилиндрической трубы. Струя по выходе из отверстия расширяется. Измерения показывают, что по мере удаления от отверстия скорость в расширяющемся потоке уменьшается, а температура и концентрация газовых примесей изменяются в тех случаях, когда температура воздуха в помещении и содержание в нем одноименных газов отличаются от начальных, характеризующих струю. Расширение струи, падение скорости, а также изменение температуры и концентрации примесей происходят вследствие того, что приточной струей вовлекается в поток (подсасывается) окружающий воздух. Подмешивание начинается у внешних границ и постепенно проникает в глубь струи. В результате по длине струи образуются два участка — начальный и основной. В начальном участке, где массы воздуха из помещения еще не успели полностью смешаться со струей, сохраняется конусообразное ядро (незаштрихованная часть на рис. 49) с начальными параметрами потока. В основном участке струи ядро уже полностью размыто.

Указанные особенности строения струи очень важны с точки зрения гигиены. Если голова рабочего попадает в начальный участок струи приточного воздуха, то он будет дышать чистым воздухом, даже если атмосфера помещения значительно загрязнена.

То обстоятельство, что концентрация примесей и температура не только в начальном, но в основном участке струи могут отличаться от соответственных в окружающей среде, позволяет приточную струю в целом использовать для создания ограниченной зоны более чистого, чем в помещении, воздуха и в зависимости от гигиенических требований более теплого (в холодных помещениях) или более холодного (в горячих цехах).

Установлено, что угол расширения начального участка струи зависит от формы приточного насадка. Наименьшим угол оказывается при вытекании воздуха из открытого сечения цилиндрической трубы. Если принять отверстие другой формы, а также если снабдить отверстие решеткой или другим приспособлением, возмущающим течение струи, то угол расширения увеличится, а скорости течения воздуха вдоль струи будут уменьшаться быстрее, так как подмешивание окружающего воздуха окажется более интенсивным. При этом соответственно укоротится начальный участок — наиболее чистая область струи. К увеличению угла расширения начального участка струи прибегают, если необходимо увеличить площадь зоны, обдуваемой струей. Угол расширения основного участка струи практически не зависит от формы приточного насадка и во всех случаях примерно равен 22°.

Характерным свойством приточной струи является ее дальнобойность. Скорость в струе, хотя и уменьшается по мере отдаления от приточного отверстия, но может быть ощутима еще на значительных расстояниях. При этом уменьшение скорости происходит тем медленнее, чем (при прочих равных условиях) больше размеры отверстия.

Дальнобойность приточной струи является положительным свойством в тех случаях, когда гигиеническое задание требует обдувания тела воздушным потоком при значительном удалении рабочего от приточного отверстия. Дальнобойность используется также при устройстве воздушной завесы и в случаях, когда струей можно отклонить поток загрязненного воздуха в зону действия вытяжного воздухоприемника.

Если необходимо избежать ощущения неприятного дутья, например при устройстве общеобменной вентиляции, дальнобойность стремятся уменьшить и выпускать воздух с малыми скоростями, чтобы на рабочем месте получить допускаемую подвижность (0,2—0,5 м/сек). Быстрого уменьшения начальной скорости и рассеяния потока можно добиться путем применения специальных конструкций воздухораспределителей. На условия распространения приточной струи влияет ее температура. Если температура струи и окружающей среды одинакова, ось струи прямолинейна. Если воздух струи теплее, чем воздух помещения, то ось струи загибается вверх, а при температуре воздуха струи более низкой, чем в помещении, ось струи искривляется книзу.

Изложенные положения относятся к так называемой свободной струе, вытекающей в неограниченное пространство, т. е. практически при распространении вдали от ограждений помещения. Если расширяющаяся струя касается поверхности стены, потолка или пола, то она «налипает» на эту поверхность. Структура струи при этом изменяется — она начинает расширяться односторонне и дальнобойность ее увеличивается.