Материал: Зоогигиена. Аэродинамический расчет в коровнике

3.2 Расчет элементов системы вентиляции

Радиус действия шахт не превышает 8-10 метров. В зданиях шириной до 18 м устанавливается один ряд вытяжных шахт. Количество шахт в ряду по длине

N= шт

Принимаем к установке 5 шахт. Скорость движения воздуха в вытяжной шахте высотой 2 м принимается

, м/с

Ориентировочный диаметр патрубка дефлектора равен

, м                                                         (3.1)

где д - скорость воздуха в патрубке дефлектора за счет гравитационного напора

, м/с                        (3.2)

- длина патрубка дефлектора, 1 м; ξ - суммарный коэффициент местных сопротивлений вытяжного воздуховода. Принимаем к установке 5 шахт БВВ 7,1 диаметром 0,745 м

Рисунок 3.1 Шахта вытяжная вентиляционная

.2.1 Расчет классической схемы вентиляции

Для наиболее распространенной схемы воздухораспределения сверху-вниз раздача воздуха производится плоскими струями выше рабочей зоны с обеспечением полного заполнения ее обратным потоком при нормируемых параметрах воздуха. Обратный поток образуется при стеснеии струй ограждения помещения или при встречном потоке струй. При гладих потолках струя формируется настилающей на потолок с выпуском воздуха на выстоте более 0,85 от уровня пола

Нр >0,85 Нп                                                                                  (3.3)

В помещениях с совмещенными покрытиями выпуск воздуха организуется ненастилающими струями при

Нр >0,75 Нп                                                                                  (3.4)

При этом исключение возможности врывания струи в рабочую зону со скоростями выше нормируемых обеспечивается выбором расстояния по вертикали от верхнего уровня рабочей зоны Нрз до оси распределителя Нрас

Нрас≥ 0,3√Sп                                                                                 (3.5)

Sп - площадь сечения помещения, приходящиеся на одну струю, м2.

Компановка сети приточных воздуховодов представляет собой следующее. Так как ширина здание менее 12 м, принимаем один центральный воздуховод. Забор воздуха осуществляется через выасывающий воздуховод канальным вентилятором без выделения отдельного помещения на венткамеру посередине здания конюшни. При расчете сети учитываем потери давления в вентиляционном оборудовании, а естественным давлением пренебрегаем. Расчет воздуховодов сводится к определению размеров их сечений и потерь давления на участках с постоянным расходом воздуха и представлены в табличной форме (таблице 3.1).[17]

Потребная площадь сечения воздуховода

, м2                                                                                (3.6)

где  - часовой расход воздуха в сечении воздуховода, м3/ч,- скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с.

Потери давления на участках воздуховода

, Па                                                                                (3.7)

где R - удельные потери давления на трение, определяются по формуле Дарси

- потери давления в местных сопротивлениях

, Па                                                                             (3.9)

d - диаметр круглого воздуховода или эквивалентный по скорости диаметр прямоугольного воздуховода со сторонами а*в

, м                                                                                              (3.10)

ρвоз - плотность перемещаемого воздуха. Принимается из зависимости

, м                                                                                (3.11)

- температура воздуха на участке, ºС

Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Коэффициент сопротивления трения для всех областей турбулентного режима движения определяется по формуле Альтшуля

                                                                           (3.12)

где kэ - абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности воздуховода, м. Для воздуховода из листовой стали kэ = 0,0001 м.

 - число Рейнольдса; γ - кинематическая вязкость воздуха. При температуре t = 36,4 ºС соответствует γ = 16,96*10-6 м2/с. [8]

Таблица 3.1 - Аэродинамический расчет воздуховодов системы приточной вентиляции

Рисунок 3.2 Аэродинамическая характеристика вентилятора ВР80 75

Отсюда полное требуемое давление с учетом запаса на непредвиденные сопротивления в сети в размере 10% составляют для приточной системы

                                                                          (3.13)

ΔрП1= 1,1 1089= 1197 Па,

Действительная подача вентилятора

, м3/ч                                                                       (3.14)

Действительная подача вентилятора для приточной системы

, м3/с

По аэродинамической характеристике принимаем вентилятор радиальный ВР 80 75 5,0 мощностью 3,0 , частота вращения 1500 об/мин

3.2.1 Расчет смешенной схемы вентиляции

Основными составляющими данной схемы составляют вентиляторы оконные, монтаж которых осуществляется в стенные проёмы по всей длине. Они легко регулируются в автоматическом режиме.

Определение необходимого количества оконных вентиляторов марки ВО-7,1-380 с максимальной производительностью 700 м3/ч

 шт.

Принимаем - 12 шт., расположенные в двы ряда

Действительная подача вентиляторов для приточной системы

, м3/ч

Принимаем 12 осевых вентиляторов серии ВО-7,1-380 конструктивного исполнения по ГОСТ 15150-90 и изготовленных по ТУ 4861-005-42907872-01 для приточных систем (0,25 кВт, 930 об/мин) в количестве 12 комплектов.

.3 Исследование воздушных потоков в помещениях для содержания лошадей

Стремление к созданию системы вентиляции обладающей минимальными потерями давления и созданию равномерного скоростного поля в рабочей зоне помещения привело к применению вентиляционных агрегатов установленных непосредственно в помещении.

В вентиляционном агрегате воздух поступает в помещение, при этом турбулентно перемешивается, на некотором расстоянии от агрегата течение имеет характер близкий к течению потенциального потока.

В случае вентиляции с помощью вдува свежего выдува через вентиляционные шахты, представляется возможным рассматривать воздушный поток в рамках потенциальной задачи.

Переход от пятиугольника (бесчердачные помещения), представленного на рисунке 3.1 к четырехугольнику возможен в силу вариационного принципа [16], суть которого, применительно к данной задаче, заключается в том, что увеличение верхнего угла до 180° изменит характеристики внутри контура, но эти изменения вдали от крыши будут несущественны.

У приточных отверстий, для описания течения, как правило, используется струйная модель.

При расположении вентиляционных агрегатов вдоль помещения и большом количестве впускных отверстий задачу можно решить в плоской постановке.

На математической модели (рисунок 3.2) рассмотрим правую половину помещения, поскольку картина течения симметрична.

Рисунок 3.2 - Математическая модель помещения

Как известно, потенциальное течение описывается уравнением Лапласа

.                                                                          (3.15)

где φ - потенциал течения, который находится построением функции Грина в прямоугольнике ОСДЕ

.                                                           (3.16)

В таком случае задача сводятся к нахождению функции, гармоничной в прямоугольнике ОСДЕ (кроме окрестности точек А, В).

Воспользуемся одним из методов построения функции Грина, а именно методом отражения. Суть этого метода заключается в размещении в точках, симметричных точкам А0,0 и B0,0 соответственно источников и истоков. В точках Ак,м располагаются источники в точках Вк,м - стоки мощностью Q.

Таким образом, функцию, удовлетворяющую условию (2), можно получить сложением потенциалов от источников и стоков, расположенных соответственно в точках Ак,м и Вк,м

.                                                                      (3.17)

В общем виде потенциал течения от источника (стока), расположенного в точке с координатами Хк, Ут, равен

,                                                       (3.18)

где знак минус соответствует источнику, а знак плюс - стоку.

В нашей задаче координаты соответствующих точек запишутся

;                                                                      (3.19)

;                                                      (3.20)

;                                                           (3.21)

.                                                       (3.22)

Здесь ,  - координаты по оси ОУ соответственно источника и стока. Тогда потенциал течения имеет вид

.          (3.23)

Если источник (сток) располагается внутри контура ОСДВ, координаты , , ,  приобретают структуру

.                                                       (3.24)

Проводя аналогичные рассуждения, можно записать потенциал течения в трехмерном случае, когда источник и стоки выполнены в виде отверстий. При этом потенциал течения имеет вид

.     (3.25)

Здесь і = 1 источник (Q > 0); і = 2 - сток (Q < 0); ξ, η, l соответственно координаты точек источника и стока; a, в, с - размеры рассматриваемого объема.

В том случае, когда в помещении имеется несколько секций, состоящих из приточных и вытяжных устройств расположенных однотипно, для упрощения расчетов достаточно рассмотреть отдельную секцию.

В случае трехмерной задачи для инженерных расчетов можно принять -1 ≤ l, m, n ≤ 1. При этом количество слагаемых в уравнении будет равно 54.

Скорость, как известно, равна градиенту потенциала, взятому с обратным знаком

.                                                      (3.26)

Функция тока ψ(х, у) в двухмерном случае можно определить из условия (6.21)

dψ = - Vydx + Vxdy.                                                                     (3.27)

В трехмерном потоке нахождение функции ψ представляет собой сложную задачу, однако в рассматриваемом случае не трудно получить необходимые характеристика поля (скорость, изотахи).

В двухмерном случае функция (6.28) становится при этом зависимой от одной переменной, а в трехмерном случае для определения экстремальных характеристик можно рассмотреть течение в плоскости, перпендикулярной полу и проходящей через точку лоточника (стока).

На основе комплексного потенциала в рассматриваемом случае двумерного течения функция тока единичного точечного источника, расположенного в точке с координатами Ак,т, определяется выражением:

,                                                                                  (3.28)

где  - полярный угол точки из прямоугольника ОСДЕ по отношению к точке Ак,т. В декартовых координатах

,                                                          (3.29)

где при вычислении необходимо брать = 0, 1, 2, соответственно для 1, 2, 3 и 4 квадрантов. Аналогично запишется функция тока а для точек Вк, т.

Функция тока соответствующая потенциалу (10), запишется следующим образом

.                                                                   (3.30)

При -1 ≤ к, m ≤ 1 граничная линия тока не будет представлять прямоугольник, а только его приближенную фopму, но полученное решение вполне достаточно для проведения инженерных расчетов.