Аэродинамика инженерных сетей

Инженерные сети вентиляции и отопления зданий рассчитываются по законам аэродинамики. При этом используется уравнение Бернулли для газа (см. с. 42), в котором фигурируют давления, а не напоры. Даже водяное отопление рассчитывается именно по давлениям, так как в нём имеет место изменение температуры жидкости и соответственно её плот­ности, поэтому при­менять величины напоров неудобно. Аэродинамиче­ский расчёт этих сетей сво­дится к определению действующей разности дав­лений Dp_пр (вызы­вающей в них движение), потерь давления в них Dp_пот, скоростей, расходов и геометрических размеров проходных сечений.

Расчёт ведётся по уравнению Бернулли так. Надо подобрать такие размеры трубопроводов, каналов и их проходных сечений (кото­рые созда­ют сопротивления потоку), чтобы скорости потоков были допу­сти­мыми, расходы удовлетворяли нормам и раз­ность давлений Dp_пр была равна потерям давления в сети Dp_пот, причём для запаса на­дёжности потери искусственно уве­личивают на 10 %. Поэ­то­му для ра­с­чёта инженер­ных сетей урав­нение Бер­нулли применяют в такой записи:

Dp_пр = 1,1Dp_пот,

и сеть окончательно должна удовлетворять этому равенству.

Определение разности давлений Dp_пр будет рассмотрено ниже на при­мерах расчё­тов топки с дымовой трубой и водяного отопления с есте­ствен­ной цир­ку­ля­цией.

Потери давленияDp_пот в трубопроводе, воздуховоде или газо­проводе можно найти по формуле Вéйсбаха для газа:

,

где z — коэффициент гидравлического сопротивления, тот же, что и для жи­дкости (см. с. 21), только в случае некругло­го сечения надо использо­вать величину эквивалентного диаметра d_э вместо d.

Общие потери давленияDp_пот складываются из суммы линей­ныхDp_l и местныхDp_м потерь:

Dp_пот = SDp_l + SDp_м .

Для вычисления Dp_l и Dp_м применяется формула Вейсбаха для газа, в которой вместо z подставляют соответственно z_l или z_м (см. с. 23), а вместо d — d_э.

Например, при определении Dp_l коэффициент линейного гид­равличе­ского сопротивления (величина безразмерная)

z_l = l l/d_э ,

где l — длина прямолинейного участка сети. Коэффициент гидрав­ли­че­ского трения l при турбулентном режиме (практически всегда в га­зо­вых потоках) определяется так:

,

где D — шероховатость стенок трубопровода или канала, мм. Например, вентиляционные короба из листовой стали имеют D = 0,1 мм, а воздухово­ды в кирпичной стене D = 4 мм.

Значения коэффициента местных гидравлических сопро­ти­в­лений z_м принимаются по справочным данным для конкретных уча­стков дефор­мации потока (вход и выход из трубы, поворот, тройник и т.д.).