Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Об определении коэффициента турбулентной диффузии

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 619903.01.99
Самсонов, В. Т. Об определении коэффициента турбулентной диффузии [Электронный ресурс] / В. Т. Самсонов // Труды. Выпуск 1. Вентиляция и кондиционирование воздуха на полиграфических предприятиях / Гипронииполиграф. - Москва : Книга, 1972. - с. 33-36. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/467627 (дата обращения: 28.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Государственный комитет Совета Министров СССР по 
делам издательств, полиграфии и книжной торговли
Государственный проектный
и научно-исследовательский институт
по комплексному проектированию
предприятий полиграфической промышленности
(Гипронииполиграф)

ТРУДЫ

Выпуск 1

Вентиляция
и кондиционирование
воздуха
на полиграфических
предприятиях

Под редакцией д-ра техн. наук проф. Е. Е. Карписа

Издательство
Москва

«Книга»
1972

УДК 66.063.2-535.15:532.5.071.4—004.1.531.41

ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ
КОЭФФИЦИЕНТА ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ

В. Т. Самсонов

Многие задачи, связанные с распространением примесей в 

воздухе, не могут быть удовлетворительно разрешены без знания 
основных характеристик турбулентных потоков. К таким задачам 
относятся, например, распределение концентрации пыли и 
газов в районах расположения полиграфических и других предприятий, установление ширины санитарно-защитных зон, выбор 
высоты и мест расположения вентиляционных выбросов и воздукозаборов. Эти задачи решаются главным образом экспериментально на моделях в  аэродинамических трубах [1].

При пересчете получаемых в модели результатов исследо
ваний на натуру необходимо знать основные характеристики турбулентности потока в опытах. Однако определение этих характеристик связано с большими трудностями из-за отсутствия 
надежных и простых методов и измерительной аппаратуры.

В большинстве экспериментальных работ, посвящённых ис
следованию на моделях распространения газов и пыли в атмосфере, коэффициент турбулентной диффузии не определялся [2]. 
В тех же работах, где эту величину определяли, измерения выполнялись способами, позволяющими получать малодостоверные, 
ориентировочные результаты [1].

Среди методов определения характеристик турбулентного 

потока наиболее совершенным считается метод термоанемометрии, однако освоение этого метода затруднено из-за чрезвычайной сложности и специфичности электротехнической аппаратуры, обслуживаемой высококвалифицированными специалистами. Следует также учитывать, что измеряемый термоанемометром процесс пульсаций в точке не дает представления о 
структуре потока во всей изучаемой области, а выхватывает из 
общего процесса прохождения в потоке турбулентных возмущений какие-то случайные «куски».

Известно, что коэффициент турбулентной диффузии и ин
тенсивность турбулентности можно определить косвенным путем

3—357
33

по результатам исследования процесса диффузии тепла или 
газа от точечного или линейного источника, помещённого в 
поток воздуха, создаваемого в аэродинамической трубе. Опытами многих исследователей установлено, что распределение 
концентрации диффундирующего газа от точечного источника в 
потоке с однородной и изотропной турбулентностью и равномерной осреднённой скоростью в направлении, перпендикулярном 
оси факела, является гауссовским [3]. В первом приближении 
можно считать, что в аэродинамической трубе поток имеет равномерное поле скоростей и турбулентность, близкую к однородной и изотропной [3].

Рассмотрим распространение газа три этих условиях 

вниз по потоку от точечного источника, полагая, что плотности 
диффундирующего газа и среды мало  отличаются  друг от 
друга. Дифференциальное уравнение для осреднённой концентрации записывается в виде:

где
—осреднённая по большому промежутку времени ско
рость потока воздуха;

— концентрация газа;

—коэффициент турбулентной диффузии;

—координатная ось, направленная вдоль потока;

—координатная ось, направленная перпендикулярно пото
ку.

Решение уравнения (1) для точечного источника с интен
сивностью
, расположенного в начале координат, дается, на
пример, в работе [4]. Распределение концентраций газа в плоскости, перпендикулярной направлению скорости потока
, на 

расстоянии 
от источника, согласно работе [3], описывается  

формулой:

где 
—максимальное значение концентрации в плоскости,

отстоящей на расстоянии 
от источника.

Обозначая 
через 
координату, 
при 
которой 

=1/2
,

из формулы (2) получим:

.

Можно определить и интенсивность турбулентности, если 

известно распределение концентрации на небольшом удалении 
от источников (малое время диффузии), когда существует хорошая  корреляция между скоростями.  Распределение концентрации в этом случае, согласно работе [3], описывается уравнением:

откуда

где 
—пульсационная скорость, м/с.

Таким образом, определив в аэродинамической трубе рас
пределение концентраций в некоторых сечениях, перпендикулярных осредненному потоку, можно вычислить коэффициент 


турбулентной диффузии и относительную интенсивность турбулентности потока.

Автором проводились опыты в аэродинамической трубе 

ВЦНИИОТ, имеющей сечение рабочей части 1000×670 мм2. 
В середине сечения входного коллектора устанавливали иглу 
от шприца, через которую подавали аммиак. На расстоянии 
1,5 м от иглы поперек потока располагали гребенку из шести 
трубок диаметром 3 мм, через которые отбирали пробы воздуха. К концу каждой воздухоотборной трубки присоединяли 
стеклянные трубки с индикаторным порошком. Последние устанавливали параллельно оси потока, навстречу ему. Искажение потока индикаторными трубками и гребенкой не сказывалось на анализе. 

Опыт повторяли дважды при одинаковых условиях. Сов
падение результатов было удовлетворительным.

Распределение средних концентраций аммиака в сечении, 

перпендикулярном направлению потока, представлено на рисунке.

Средняя скорость воздуха
=2,5 м/с,  расход газа 120

л/мин, расстояние от точки с 
до точки с q=1/2
равно

23 см. По этим данным вычислили коэффициент турбулентной 
диффузии:

и интенсивность турбулентности потока:

Интенсивность турбулентности в этой же аэродинамиче
ской трубе  определяли  несколько раньше   акустическим   анемометром. Датчик этого анемометра состоит из всенаправленного излучателя ультразвуковых колебаний и двух микрофонов, 
рас положенных  симметрично  относительно  излучателя  вдоль  
оси потока. Измеряя пульсации скорости распространения звука от излучателя к микрофонам, определяли пульсации скорости потока воздуха. Хотя совпадение полученных акустическим анемометром результатов с данными испытаний  оказалось удовлетворительным, но по этим данным интенсивность 
турбулентности была несколько выше.

Следует отметить, что исследуемые характеристики по
тока в прямоточной трубе зависят от интенсивности турбулентности потоков воздуха в помещении, из которого воздух поступает 
в трубу. Поэтому перед каждым опытом по исследованию процесса рассеяния газов на моделях необходимо определять коэффициент турбулентной диффузии с тем, чтобы опыты могли 
быть сопоставимы.

ВЫВОДЫ

1. Характеристики   турбулентности   воздушных   пото
ков   при изучении различных процессов на моделях в  аэроди
намических трубах во многих случаях не определяются из-за 
отсутствия достаточно простых и надежных способов измерения,
что ведет к ошибкам при пересчете получаемых результатов
на натуру.

2. Предложена   простая   методика   определения   коэф
фициента турбулентного перемешивания и интенсивности турбулентности потоков в аэродинамических трубах, заключающаяся во введении в поток аммиака, определении на некотором расстоянии от точечного источника профиля концентраций в факеле и 
последующих вычислениях. Эта методика может применяться 
при изучении вентиляционных процессов и устройств на 
моделях.

Использованная литература

1. Шелейховский  В.  Г.  Задымление городов.  Изд.  МКХ РСФСР,   

1949.

2. Эльтерман  В.  М.  Вентиляция  химических производств. М.,  Гос
стройиздат, 1967.

3. Хинце  И. О. Турбулентность, ее механизм и теория. М., Физма
тгиз,  1963.

4. Карслоу X. С. Теория теплопроводности. М., ОГИЗ, 1947.