Научная статья на тему 'Зависимость шума фасонных элементов вентиляционных сетей от конструктивных особенностей'

Зависимость шума фасонных элементов вентиляционных сетей от конструктивных особенностей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
121
43
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Лешко М. Ю.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Зависимость шума фасонных элементов вентиляционных сетей от конструктивных особенностей»

акустика

Зависимость шума фасонных элементов вентиляционных сетей от конструктивных особенностей

М.Ю. Лешко

НИИСФ РААСН

Системы вентиляции с механическим побуждением и системы кондиционирования воздуха служат для создания в обслуживаемых помещениях комфортных условии в местах пребывания людей. В то же время эти системы являются одними из основных источников повышенного шума в помещениях.

Особенно это актуально для помещений с повышенными акустическими требованиями — студий звукозаписи, радио- и телестудий, офисных и жилых У!Р-помещений. Обычно при акустическом проектировании в расчет принимаются вентиляционные установки, устройства для регулирования давления и расхода воздуха, концевые воздухораспределительные устройства. Они, без всякого сомнения, являются основными источниками аэродинамического шума, и именно на них обращают внимание в первую очередь. Однако не следует забывать, что при определенных условиях могут проявиться и другие источники шума, а именно фасонные элементы вентиляционных сетей: повороты, отводы, тройники, крестовины и диффузоры. В ряде случаев именно они могут быть источниками повышенного шума, особенно в указанных выше помещениях.

В гидравлических сетях при движении жидкостей и газов различают ламинарное и турбулентное течение. Характер течения определяется числом Рейнольдса ке _ _~ , где и — характерная скорость

течения, м/с; У — характерный размер, м;

— кинематическая вязкость среды, м2/с.

При ламинарном течении (при небольших числах ке) каждая частица среды движется по прямолинейной траектории; течение происходит упорядоченным образом в виде движущихся один относительно другого слоев (слоистое течение). При этом слои не перемешиваются. При возрастании скорости и увеличении числа Рейнольдса это упорядоченное течение почти внезапно переходит в неупорядоченное с интенсивным перемешиванием в поперечном направлении — турбулентное течение. В результате такого перемешивающего движения происходит обмен импульсами в поперечном направлении, в то время как в продольном направлении каждая частица в основном сохраняет свой импульс. Переход ламинарного течения в турбулентное определяется критическим числом Рейнольдса, равным ке = 2300. Но критическое число Рейнольдса мо-

крит 1

жет иметь и меньшие значения, зависящие от условий входа в трубу и от условий притекания среды к этому входу.

В системах вентиляции с механическим побуждением течение воздуха практически всегда турбу-

лентно, поскольку критическое число Рейнольдса достигается при скоростях потока порядка

0,1...0,3 м/с (например, для воздуховода диаметром 200 мм эта скорость равна 0,17 м/с).

При движении потока воздуха в прямых участках воздуховодов возникает аэродинамический шум, который можно представить как шум турбулентного смешения (шум турбулентности) и шум пограничного слоя.

Шум турбулентности возникает из-за пульсирующих касательных напряжений в среде при наличии поперечного градиента скоростей и турбулентного обмена импульсами между слоями, движущимися с различными скоростями, что приводит к образованию крупномасштабных вихрей и последующего их распадения из-за сил вязкости на вихри более мелкого масштаба. Моменты зарождения и распадения вихрей сопровождаются шумом. Спектр шума непрерывен в широком диапазоне частот.

Шум пограничного слоя вызывается пульсациями давления на поверхности обтекаемого тела (в данном случае на стенке воздуховода), последние обуславливаются образованием, перемещением и распадом вихрей в пограничном слое. Процесс в значительной степени зависит от числа Рейнольдса (из-за сил вязкости) и турбулентности основного потока. Спектр шума непрерывный, частоты определяются параметрами пограничного слоя.

Несколько иная картина при течении потока воздуха через фасонные элементы: отводы, колена, тройники и крестовины. В этих случаях не только сохраняются предыдущие два источника шума — турбулентность и пограничный слой, но и добавляется третий источник — замкнутые или, если длина воздуховода за поворотом в направлении движения потока достаточно мала, разомкнутые вихревые зоны, образующиеся за счет сил инерции и сил вязкости. В местах образования вихревых зон происходит поджатие потока с увеличением его скорости (рис. 1). В прямоугольных коленах, где радиус закругления практически отсутствует, вихревая зона сдвигается за поворот, а на внутренней кромке колена происходит отрыв потока с образованием вихрей — отрывное течение.

Границы этих зон пульсируют за счет периодического срыва вихрей и обмена вихрями с активным потоком в канале (вихревой слой). Дискретные вихри за счет действия вязких сил распадаются на ряд более мелких. Такой процесс приводит к пульсациям скоростей и давлений в канале, распространяющимся в виде звука — вихревой шум. Частотный состав шума определяется критериями Гельмгольца и Струхаля.

Чем выше скорость воздушного потока на вхо-

V

акустика

Рисунок 1. Характер течения потока воздуха в плавном повороте.

де в поворот и чем меньше его радиус, тем длиннее вихревая зона и ее граница. Отсюда следует возрастание мощности импульсного обмена между основным потоком и вихревой зоной и возрастание мощности вихревого шума.

На скоростях потока воздуха до 15.20 м/с, что соответствует максимальным значениям скоростей в вентиляционных сетях, длина замкнутой вихревой зоны не превышает 8.9 калибров воздуховодов.

При достаточно малой длине воздуховода за поворотом (по ходу движения воздуха) вихревая зона может разомкнуться. В этом случае в зоне организуется собственное интенсивное течение — наружный воздух извне подсасывается в зону и выходит из нее. Импульсный обмен увеличивается, возрастает и шум [1].

Если в этом случае на конце воздуховода за поворотом будет установлена вентиляционная решетка или иное воздухораспределительное устройство, то ее работа не будет соответствовать проектной. В той части решетки, куда будет входить поджатый поток, скорости истечения возрастут и, соответственно, увеличится шум, а в зоне разомкнутой вихревой зоны решетка вообще перестанет работать как приточное устройство.

Учитывая вышесказанное, можно дать ряд практических советов по геометрическому исполнению фасонных элементов вентиляционных сетей с точки зрения оптимизации создаваемого ими аэродинамического шума (без количественных оценок).

Для поворотов вентиляционных сетей (рис. 2):

— по возможности исключить применение в сетях прямоугольных колен круглого и квадратного сечения (рис. 2а);

238 5 2009

шумно

менее шумно

г)

Рисунок 2. Геометрическое исполнение поворотов.

— при использовании прямоугольных колен устанавливать в месте поворота направляющие лопатки — лопатки Прандтля (рис. 2б);

— применять отводы с максимально большим радиусом закругления: внутренний радиус г > 1 /20, где й — диаметр отвода (рисунок 2в);

— использовать в отводах направляющие лопатки по всей длине отвода (рис. 2г).

Часто в вентиляционных сетях встречаются случаи обхода воздуховодом строительных конструкций. В таких случаях следует использовать сочетания поворотов по радиусу (плавных поворотов), как на рисунке 2. Если это по какой-то причине невозможно, то оптимальной конструкцией является обходной элемент, показанный на рис. 3.

Для используемых в вентиляционных сетях тройников и крестовин:

— исключить применение тройников и кресто-

акустика

а)

б)

|| Г

—► —► й

і \ іКч\ ІІ ' к

▼ 1 ♦ 1-А ▼ 1

шумно

г)

менее шумно

д)

оптимально

е)

“иг “т иг

шумно менее шумно оптимально

Рисунок 4. Геометрическое исполнение тройников (крестовин).

б)

в) 7,5°.

вихревая зона

Рисунок 5. Геометрическое исполнение элементов с переменным поперечным сечением

вин с прямоугольными врезками (ответвлениями) в магистрали (рис. 4а, г);

— использовать тройники и крестовины с ответвлениями под углом к магистрали (рисунок 4б, д);

— использовать тройники и крестовины с ответвлениями по радиусу (рис. 4в, е).

Также в вентиляционных сетях используются элементы с переменными поперечными сечениями, например, когда воздуховод входит в камеру статического давления с вентиляционной решеткой. В таких случаях, как правило, соединение воздуховода и камеры происходит под прямым углом (рис. 5а), что приводит к значительному вихреобразова-нию и шуму. Подсоединение воздуховода к камере следует выполнять через двусторонний или односторонний диффузор (рис. 5б). А при угле 150 (оптимальная конструкция) можно исключить камеру статического давления, чью функцию будет выполнять сам диффузор (рис. 5в).

Для сохранения замкнутости вихревых зон и минимизации аэродинамического шума, генерируемого фасонными элементами, при их монтаже в вентиляционных сетях крайне желательно выдерживать расстояния между элементами порядка восьми калибров их поперечного сечения.

Список литературы:

1. Лешко М.Ю. Шум дросселирующих устройств вентиляционных систем. Материалы Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции». М., МГСУ, 2005 г.

а

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.