Приложение В (справочное). Расчет параметров конвективного потока, формирующегося от нагретой поверхности

ПРИЛОЖЕНИЕ В
(справочное)

Расчет параметров конвективного потока, формирующегося от нагретой поверхности

Для оценки влияния конвективной составляющей на процесс проветривания следует провести расчет основных параметров конвективного потока, формирующегося над нагретой поверхностью. При проведении расчета следует исходить из предпосылки, что формирование конвективного потока происходит в неограниченном прилегающими поверхностями пространстве. Тепловые источники рассредоточены по площади и не соприкасаются друг с другом. Температура нагрева элементов принимается на их поверхностях, непосредственно соприкасающихся с воздухом в помещении.

Исходные параметры для расчета параметров конвективного потока, формирующегося от нагретой поверхности, рекомендуется представить в виде табличных данных, пример которых приведен в таблице В.1.

Таблица В.1 - Температура нагрева и площадь поверхности

Наименование поверхности	Площадь нагретой поверхности, F,	Температура поверхности, t, °C	Положение нагретой поверхности
1	2	3	4

Определим количество конвективного тепла, выделившегося от нагретой поверхности. Для этого воспользуемся эмпирической закономерностью, выражающей тепловой поток между разными телами через температурный напор согласно закону Ньютона-Рихмана [25, 26]:

, (В.1)

где:

q - секундные удельные тепловыделения, зависящие в основном от температуры греющей поверхности и температуры окружающей среды, ;

F - площадь нагретой поверхности, .

Значение секундного удельного тепловыделения вычисляется по общей формуле теплопередачи [26, 27]. Расчетная формула приведена ниже.

, (В.2)

где:

- коэффициент теплоотдачи теплового источника, .

Коэффициент теплоотдачи теплового источника определяется по формуле:

, (В.3)

где:

m - эмпирический коэффициент (для горизонтальной поверхности равный 0,14, для вертикальной поверхности его значение составляет 0,1);

g - ускорение свободного падения, ;

- коэффициент теплового расширения воздуха при , (0,0034), 1/°К;

- разность температур поступающего воздуха и нагретой поверхности, °К;

v - коэффициент кинематической вязкости воздуха при , , ;

а - коэффициент температуропроводности воздуха при , , ;

- коэффициент теплопроводности воздуха при , (0,025), .

Критическое расстояние разгонного участка конвективного потока определяется зависимостью [27]:

. (В.4)

Расход воздуха потока, инициируемый тепловыделяющей поверхностью на разгонном участке в плоскости истечения от нагревателя, определяется по формуле [27]:

(В.5)

для вертикальной поверхности n = 0,24

, (В.6)

для горизонтальной поверхности n = 0,3

, (В.7)

где:

- безразмерный коэффициент [27];

g - ускорение свободного падения, ;

- теплоемкость воздуха при постоянном давлении,

;

- температура поступающего воздуха, К;

- плотность воздуха вне струи при , ;

Z - расстояние от поверхности нагрева, м.

Функция определяется из рисунка В.1 по величине безразмерного расстояния и отношения сторон греющей поверхности B/A.

Зависимости для расчета скоростей потока воздуха определяются по формуле [27]:

- для вертикальной поверхности

(В.8)

- для горизонтальной поверхности

(В.9)

(В.10)

где:

- безразмерный коэффициент [26].

Функция определяется из рисунка В.2 по величине безразмерного расстояния и отношения сторон греющей поверхности B / A.

Результаты расчетов расхода и скорости потока воздуха могут быть сведены в таблицу, пример которой приведен в таблице В.2.

Таблица В.2 - Расход и скорость движения воздуха на разгонном участке формирования конвективного потока

Наименование оборудования	z = 1 м		z = 5 м		z = 10 м		Q, Вт
	L,	, м/с	L,	, м/с	L,	, м/с
1	2	3	4	5	6	7	8
Всего

Из результатов расчета после сравнения фактического значения выделившегося суммарного количества конвективного тепла с его справочным значением [26] определяется вклад конвективной составляющей в общий баланс проветривания помещения. Необходимо также сопоставить скорости движения конвективных масс воздуха с нормированными значениями скоростями движения воздуха в помещении, поступающего на проветривание рабочих зон согласно СП 60.13330.2012.