Действительно, струя воздушной завесы не является аналогом свободной струи. Попытки упомянутых оппонентами авторов определять траекторию струи без учета поперечного градиента давления, образующегося в искривленной струе, приводили к неудовлетворительным результатам. Только относительно недавно появились работы, достаточно полно учитывающие особенности течения струй в поперечном потоке. В предложенном нами методе [1] определение траектории струи и основных параметров завесы базируется на решении дифференциальных уравнений сохранения энергии и импульса [4].

Теоретическая обоснованность метода В. М. Эльтермана
А. С. Стронгин и М. В. Никулин считают, что по методу, предложенному В. М. Эльтерманом [3] (далее метод В. М. Эльтермана), параметры завесы, обеспечивающей требуемую защиту проема, определяются только на основании решения закона сохранения импульса в зоне проема, включающего наружные ограждения. Обратимся непосредственно к работе В. М. Эльтермана [3]. Там говорится, что решение исходных уравнений сохранения количества масс (уравнение и количества энергии (уравнение сделано "для рационально устроенных воздушных завес" (с. 1 . "Рациональным устройство завесы будет , когда струя завесы полностью тормозится силой разности давления (т. е. теряет v в направлении оси X) и участок контрольной поверхности НАБВ ( не пересекают потоки, выходящие из объема, ограниченного этой поверхностью, наружу" (с. 11, 1 . Как видно из приведенных выдержек, геометрические построения траектории и границ струи ( 7 [3]) в дополнение уравнениям количества масс и количества энергии потребовались. Более того, при рассмотрении теплового баланса в проеме ворот указывается: "При выводе формулы (3 учитывалось также то обстоятельство, что когда ось струи воздушной завесы пересекает плоскость ворот у верхней кромки, в ворота проходит половина объема воздуха, подаваемого в завесу…" (с. 3 . Одновременно В. М. Эльтерман указывает (с. 1 : "Как показали опыты, оба указанных выше требования к рациональному устройству завес хорошо выполняются, когда выпуск воздуха производится в плоскости ворот и величина q меньше предельной, указанной в табл. 1".

Следовательно, проверка "рациональности устройства завес" осуществляется всетаки по прохождению траектории струи и может быть заменена некоторыми численными ограничениями на основании тех или иных опытных данных. Отметим, что в табл. 1 имеются значения q изучим более подробно основополагающие уравнения 1 и 2 по [3].

Уравнение 1:

Gпр = Gн + Gз,

где Gпр количество воздуха, проходящее через проем;
Gн количество наружного воздуха, проходящее через проем;
Gз количество воздуха, поданного в завесу. Разделив обе части этого уравнения на Gпр, получим:

1 = Gн/Gпр + q,

где q = Gз/Gпр.

Поскольку для "рационально устроенных завес" наружный воздух не может уменьшать количество воздуха, проходящее через проем, Gн/Gпр 0, но q но в табл. 1 приведены значения q, существенно большие Это обстоятельство порождает значительные сомнения в том, что "…оба указанных выше требования к рациональному устройству завес хорошо выполняются, когда выпуск воздуха производится в плоскости ворот и величина q меньше предельной, указанной в табл. 1".

Уравнение 2:

,

где Fв площадь ворот;
Fщ суммарная площадь щелей, через которые выходит струя воздушной завесы;
F площадь плоскости АБ;
k расхода воздуха через ворота, защищенные завесой;
поправочный k на количество движения, учитывающий неравномерность поля скоростей;
vсж средняя v движения воздуха в сжатом сечении за воротами;
vз v выхода воздуха из щели воздушной завесы;
плотность воздуха, выходящего из завесы; .см плотность воздуха при температуре смеси воздуха завесы и наружного воздуха;
Rс среднее реактивное давление стены в пределах плоскостей ВГ и МН;
угол м. направлением выхода струи завесы и плоскостью ворот;
угол м. направлением скорости vсж и осью X ( 7а).

В левой части уравнения два слагаемых, первое из которых проекция на ось Х количества движения потока воздуха, проходящего через проем; второе проекция на ось Х количества движения потока воздуха, подаваемого в завесу. В первом слагаемом присутствует k µ "коэффициент расхода воздуха через ворота, защищенные завесой". Обычно этот k определяют из решения уравнений сохранения энергии и количества движения, но в сами эти уравнения k расхода не входит. Введение коэффициента расхода в уравнение количества движения приводит к тому, что количество движения потока воздуха, проходящего через проем, изменяется по непонятной причине кратно величине µ. Очевидно, что баланс количества движения нарушен.

Кроме того, второе слагаемое левой части уравнения 2, которое по физической картине течения должно вычитаться из первого слагаемого "знак минус демонстрирует, что проекция скорости направлена навстречу оси Х" (с. 7 [3]), в уравнении 2 складывается. Указанные обстоятельства позволяют считать уравнения, определяющие взаимосвязь относительного расхода q, коэффициента расхода µ, отношения площадей щели завесы и ворот, угла м. направлением выхода струи завесы и плоскостью ворот, полученные в результате решения уравнения 2, необоснованными.

При усовершенствовании метода В. М. Эльтермана [5, 6] предлагается учитывать распределение температуры в поперечном сечении струи и определять точку поперечного сечения, в которой расход струи делится м. помещением и наружной атмосферой. Далее предполагается, что указанная точка имеется (струя достигает ограждения проема) и определяется относительным расходом завесы q = Gз/Gпр и относительной длиной струи до ее соприкосновения с ограждением проема f = Fпр/Fщ. Значения q и f предварительно задаются (в [7] рек. принимать q = 0,50,6; f = 203 , затем определяют температуру воздуха на выходе из щели, расход и v воздуха на выходе из щели и проводят оптимизацию воздушной завесы по критерию приведенных затрат. При этом А. С. Стронгин и М. В. Никулин [2] считают, что "…в том числе оптимальным может быть случай, когда в проем ворот входит только начальный расход завесы (без присоединения наружного воздуха)". Следовательно, по мнению наших оппонентов, во всем диапазоне значений q и f траектория струи такова, что имеется точка поперечного сечения, в которой струя соприкасается с ограждением проема, и длина траектории струи зависит только от величины угла м. направлением выхода воздуха из щели и плоскостью проема без учета искривления траектории под действием поперечного потока.

"Для оптимальных значений угла выпуска воздуха ( = 30 ) длина траектории составляет хА = 1,05f" [5]. Без учета искривления длина траектории составляет . (В качестве справки укажем, что 1/cos 30 = 1,155.)

При этом проверка правильности выбора завесы не производится. В свете высказанного странными выглядят замечания в наш адрес: "Достаточным условием обеспечения шиберирующих свойств не является прохождение наружной границы струи через определенную точку…" [2].

Об экспериментальной проверке метода В. М. Эльтермана и предложенного метода
Подтверждение справедливости метода В. М. Эльтермана заключается в сопоставлении полученной теоретической зависимости µ = F(q) с экспериментальными данными: "…расчетные значения, определенные по формуле 9, хорошо совпадают с опытными ( § " (с. 13 [3]). Но, как было показано выше, теоретические зависимости не имеют физической основы.

Поэтому сопоставление экспериментальных данных с ними не может служить подтверждением правильности теории. Из описания условий эксперимента видно, что проверка условий "рационально устроенных завес" проводилась только на соответствие значений q предельным значениям из табл. Не проверялось и соблюдение уравнения 1.

Представленные выше результаты рассмотрения метода В. М. Эльтермана побудили к разработке альтернативного метода расчета воздушных завес.

На основании математической модели, позволяющей строить траекторию струи завесы, мы численно провели эксперимент, аналогичный описанному в [3] для двухсторонней завесы с f = 30, углом м. направлением выхода воздуха из щели завесы и плоскостью проема = 45 , µ 0 = 0, В зависимости от расположения струи завесы относительно проема рассматривались два случая:
Струя завесы не достигает дальней стенки проема.
Струя завесы достигает дальней стенки проема и разделяется на две части, одна из которых (внутренняя) попадает в проем.

В первом случае расход воздуха через проем равен сумме расхода струи завесы и расхода наружного воздуха, врывающегося вместе со струей. Этот расход вычислялся как произведение площади проема, не перекрытой струей, на v воздуха в проеме. v воздуха в проеме определялась по заданному перепаду давления на проеме и коэффициенту расхода свободного проема.

Во втором случае расход воздуха через проем вычислялся аналогично тому, как это сделано в [8].

Полученные в результате значения µ и q нанесены на график из [3], приведенный также в [2] ( . качественно и в достаточной степени количественно коррелируются с экспериментальными данными [3].

Следует отметить, что при численном моделировании нами установлено, что в рассматриваемом случае точка q = 0,5, µ = 0,246 соответствует режиму, когда струя завесы перекрывает проем и не вырывается наружу. Исследование экспериментальных данных Г. Т. Татарчук [9] показало, что призначении µ = 0,240,25 также имеет место стабилизация значения µ ( 2 [9]).

Кроме того, в случае когда струя завесы перекрывает проем и не вырывается наружу, потери тепла с частью струи, уходящей наружу Q0, должныбыть равны 0.

На основании 5 [9] мы построили зависимость значений q0, которым соответствует значение Q0 = 0 ( .

Там же нанесены значения q0, вычисленные нами на основании вышеуказанной математической модели. При моделировании опытов Г. Т. Татарчук µ0 = 0,64 и = 30°.

Из 2 видно, что наши данные качественно коррелируются с экспериментальными данными [9]. Мы приводим эти данные для того чтобы показать, что математическая модель течения струи завесы, основанная на теории течения струи в поперечном потоке, позволяет получать результаты, сопоставимые с экспериментальными данными.

Приведенные в [1] расчетные траектории завес иллюстрируют их сопоставимость с теплограммами по расположению траектории струи относительно проема.

Средняя температура воздуха в сечении, соответствующем концу струи, определялась по распределению температуры в сечении. Автору работы [5] должно быть понятно, что при известных (из теплограммы) температурах на оси и по границам струи можно определить среднюю по сечению температуру. Относительно замечаний по табл. 4.2 [1] следует отметить, что из 2 видно, что 3,5 м это размер вдоль струи (завеса верхняя). Поэтому v выпуска нужно считать при длине щели 1,5 м.

Заключение
Наш подход к подбору воздушных завес строится на следующих факторах.

При рационально выполненной завесе сквозь проем проходит только струя завесы. При этом температура воздуха, проходящего через проем, даже в случае прохождения части струи вне проема, будет не ниже значения средней температуры в сечении струи, первым соприкасающимся с ограждением проема. Поэтому мы не определяли среднюю температуру части струи, попадающей в проем в случае разделения струи, хотя такая принцип. возможность имеется. Для проверки выполнения в выбранной завесе условия перекрытия проема строится траектория струи этой завесы, что дает принцип. возможность оценивать расположение струи относительно проема и принять решение о пригодности выбранной завесы. Задание значения средней скорости воздуха в сечении струи, первым соприкасающимся с ограждением проема (средняя v в конце струи), или, что более точно, соотношения средней скорости и скорости в проеме ворот без завесы, позволяет при подборе завесы определить условия формирования траектории струи при воздействии поперечного потока.

В заключение мы обращаемся ко всем заинтересованным лицам с просьбой сообщать нам любые сведения о натурных испытаниях завес, что позволит нам проверять и совершенствовать метод расчета воздушных завес.

Литература
Дискин М. Е. К вопросу о расчете воздушных завес // . 200 № 7.

Стронгин А. С., Никулин М. В. К вопросу о расчете воздушнотепловых завес // . 200 № 1.

Эльтерман В. М. Воздушные завесы. М.: Машиностроение, 1966.

Гиршович Т. А. Турбулентные струи в поперечном потоке. М.: Машиностроение, 1993.

Никулин М. В. Теплообмен струи воздушной завесы // Гидромеханика отопительновентиляционных устройств. Казань, 1989.

Стронгин А. С., Никулин М. В. Новый подход к расчету воздушнотепловых завес // Строительство и архитектура. Изв. ВУЗов. 199 № 1.

Справочник проектировщика: Внутренние санитарнотехнические устройства. Ч. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 1 / В. Н. Богословский, А. И. Пирумов, В. Н. Посохин и др.; Под ред. Н. Н. Павлова и Ю. И. Шиллера. 4е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1992.

Титов В. П. Особенности струй воздушных завес // Тепловой режим систем отопления, вентиляции, кондиционирования и теплогазоснабжения: Сб. трудов. М.: МИСИ, 198 № 177.

Татарчук Г. Т. Уточнение метода расчета воздушных завес // Отопление и вентиляция промышленных и сельскохозяйственных зданий: Сб. трудов. М.: НИИСТ, Стройиздат, 196 № 16.

Обсудить статью на Форуме