Перемещение твердых частиц аэрозолей в воздушных пространствах конструкций вентилируемых фасадов

Современные конструкции вентфасада имеют с наружной стороны различные облицовочные плиты и остекленные поверхности. На уровне междуэтажных перекрытий (каждого этажа) в конструкции облицовки в нижней части вентилируемого пространства расположены приточные отверстия и в верхней части — вытяжные отверстия.

109

Ветровое давлениеравно разности давлений, возникающих от

ветрового потока на входе в приточное и на выходе из вытяжных отверстий где n₁- аэродинамический коэффициент принимается по работе [129] и учитывает действие ветра под углом 45° на наветренную поверхность фасада с приточным отверстием; n2 - аэродинамический коэффициент на выходе из вытяжного отверстия.

Гравитационное давлениеобразуется вследствие разности плотностей наружного воздуха р_ни воздухав вентилируемом воздушном пространстве

где g- ускорение силы тяжести, м/с²; h- разность высоты между приточными и вытяжными отверстиями, м.

Надо отметить, что вместе с наружным воздухом в вентилируемое воздушное пространство вентфасада подпадают твердые частицы аэрозолей.

В этом разделе «рассмотрим задачу определения скоростей воздушного потока и твердых частиц аэрозолей, состоящих из различных газов и мелких твердых частиц аэрозолей в вентилируемом воздушном пространстве вентфасада, а также проследим процесс оседания твердых частиц аэрозолей на утеплитель и их влияние на сорбционные свойства минераловатных плит из каменного волокна. Для этого остановимся на некоторых работах, посвященных движению твердых частиц аэрозолей в воздушном потоке.

Для условия (0 mg,и этот процесс описывается в работе [147] уравнением (3.20), имеющим вид

115

Однако его решение для определения скорости движения частицы пыли в зависимости от скорости воздушного потока ν^.^ в работе [147] не приводится. В уравнении (3.20) не учитываются плотности воздушного потока р_воз._при частиц пыли рч.п.

В результате суммирования Rχи т, а также рвоз.пр и рч.п получим уравнение (3.21)

После соответствующих преобразований получим линейное дифференциальное уравнение первого порядка (3.21), которое решается как задача Коши. Ее решение разбивается на две части

Обозначим постоянные- через Bи уравнение (3.22) примет

следующий вид

Произведем в уравнении замену переменных. Поэтому вторую производную можно рассматривать как вспомогательную.

Тогда уравнение (3.23) перепишется в виде

116

или

Ищем решение однородного дифференциального уравнения, тогда

получим

или

Проинтегрируем правую часть уравнения (3.26)

Откуда после интегрирования получим

Общее решение уравнения (3.26')

Полученное решение (3.28) подставим в уравнение (3.25') и получим

После сокращения составляющих получим

Находим

После решения дифференциального уравнения выражение (3.28) будет

иметь вид

Подставляем в уравнение (3.32) и= Vвоз.∏от - ''₄.ι∣получаем

Пусть в момент времени θ = 0 и скорость частицы пылинки V4.∏ = 0, что дает возможность определить постоянную интегрирования C₀.

Искомое решение уравнения определение движения частицы пылинки вверх в виде частного решения запишется в форме [201]

Для анализа уравнения (3.35) примем следующие постоянные значения: р_ч.п = 2200 кг/м³ (взвешенные частицы пыли металлов) м/с и ν = 12,79 · 10^-6 м²/с.

Если в его составляющуюподставить принятые значения

18?12,79?1,395?10²

--------------------- , то получим 145980. Экспотенциальная величина по времени от

1 сек и выше будет стремиться к нулю. Поэтому после соответствующих сокращений уравнение для определения движения твердой частиц пыли вверх в вентилируемом воздушном пространстве вентфасада можно представить в следующем виде

где Vвоз.∏р - скорость воздуха в вентилируемом воздушном пространстве, м/с; g- ускорение свободного падения м/с²;- диаметр частицы пыли, мкм; ν -

кинематическая вязкость воздуха, м²/с;- плотность частицы пыли, кг/м³ и

Рвоз.пр - плотность воздушного потока, кг/м³.

Полученное уравнение (3.36) [194, 201] позволяет определить скорость движения твердых частиц аэрозолей вверх в воздушном потоке вентилируемом пространстве вентфасада.

Подставляя в зависимость (3.36) полученное выражение для вычисления скорости движения воздушного потока в вентилируемом пространстве вентфасада (2.3) получаем следующее выражение

Таким образом, полученная зависимость (3.27) позволяет определить скорость движения твердых частиц аэрозолей различной плотности и размеров с учетом воздействия скорости ветра

Проведенный анализ результатов расчета согласно полученному уравнению для движущихся твердых частиц аэрозолей при малых значениях числа Рейнольдса позволил получить следующую закономерность.

Анализ результатов расчетов по уравнению для определения скорости движение твердых частиц аэрозолей в воздушном пространстве вентфасада показал, что скорость движения твердых частиц пыли плотностью 500-2500 кг/м³ и диаметром 1-10 мкм равна скорости движения воздуха в вентилируемом воздушном пространстве. Такая закономерность просматривается при

Рисунок 3.3 - Зависимость скорости движения частиц пыли от скорости движения воздуха в вентилируемом воздушном пространстве вентилируемого фасада для твердых частиц аэрозолей различного диаметра плотностью 2000 кг/м³ при температуре воздуха минус 20 ^оС.

120

Таблица 3.2 - Скорость движения твердых частиц аэрозолей различной плотности в воздушном пространстве вентилируемого фасада при различных скоростях движения воздуха и температурах

121

Таблица 3.2 - Продолжение

В таблице 3.2. синим —цветом выделены твердые частицы аэрозолей, скорость движения которых практически равна скорости движения воздуха в вентилируемом воздушном пространстве; красным цветом — частицы аэрозолей, которые падают вниз.

Данные расчетов по полученным формулам показали, что движение твердых частиц аэрозолей в вентилируемом пространстве происходит преимущественно вверх в направлении движения воздушного потока. Однако при малых скоростях движения воздуха у_воз._пр= 0,1 м/с для частиц диаметром 50 мкм и плотностью 1500—2500 кг/м³ и у_воз._пр= 0,2 м/с для частиц диаметром 50 мкм и плотностью 2500 кг/м³ при температуре воздуха минус 30 и минус 40 ^оС гравитационный напор становится больше ветрового, что вызывает движение частиц пыли вниз (таблица 3.2) [171].

Следует учесть, что в вентилируемом воздушном пространстве вентфасада твердые частицы аэрозолей, проникающие через зазоры между плитами облицовки — приточные отверстия, будут подниматься вверх с воздушным потоком. А затем с потоком воздуха часть частиц будет выходить наружу через вытяжные отверстия между плитами фасадной облицовки, а другая часть будет оседать на поверхностях конструкции вентфасада и утеплителя, обращенных в воздушное пространство.

Плиты из минеральной ваты из каменного волокна имеют шероховатую поверхность, поверхность фасадных облицовочных плит более гладкая, поэтому можно считать, что на шероховатой поверхности утеплителя будет больше осевших твердых частиц аэрозоли, чем на поверхности керамогранита. «Схема «прилипания» частиц на шероховатую поверхность минераловатной плиты из каменного волокна приводится на рисунке 3.4» [201].

Процесс прилипания твердых частиц аэрозолей к поверхности или сдувание с нее воздушным потоком, как указано в работе [210], весьма сложен и мало изучен. Поэтому механизм столкновения и вероятность «прилипания» частиц аэрозолей не представляется рассчитать в первом приближении. Его можно определить лишь из условия эксперимента.

Рисунок 3.4 - Схема адгезии частиц пыли к поверхности плит утеплителя из минеральной ваты и поверхности облицовки, обращенные в вентилируемое воздушное пространство. 1 — шероховатая поверхность минераловатных плит; 2 — частицы пыли

3.2