Конвективный теплообмен и режим движения плоской струи, настилающейся на горизонтальную поверхность.

Рассмотрим случай, когда приточный воздух подается в помещение в виде струй. Если приточные отверстия расположены около ограждений и поток воздуха направлен вдоль поверхности, то струя воздуха «налипает» на поверхность. Такие струи принято называть настилающимися или полуограниченными.

Режим течения в струе является преимущественно турбулентным.

Как и при вынужденной конвекции, в настилающейся струе около поверхности образуются ламинарный подслой и пристенный турбулентный пограничный слой (рис.).

Толщина этих пограничных слоев невелика по сравнению с размером струйного (внешнего) пограничного слоя.

Для расчета неизотермических струй удобно использовать интегральные уравнения пограничного слоя и задаваться характерными профилями скорости и температуры воздуха в каждом поперечном сечении струи в виде экспоненты:

где v и ϑ - скорость и избыточная температура воздуха в произвольной точке струи; vм и ϑм -максимальная скорость и избыточная температура воздуха в данном сечении на оси струи; х - расстояние от начала истечения до произвольного поперечного сечения струи; у - расстояние по нормали от плоскости до произвольной точки в сечении струи; с и σ- экспериментальные постоянные.

Если струя движется вдоль потолка или пола и возникающие в струе гравитационные силы не изменяют кинетической энергии потока в направлении движения, то текущий кинематический импульс струи остается неизменным. Максимальная скорость в основном участке плоской струи при х/а> 10 определяется соотношением

где Ео =v²₀a - начальный кинематический импульс струи (v₀ -начальная скорость струи, а - ширина приточной щели).

Избыточная температура ϑм=tм-tв для сечения х в точке, где скорость равна vм , определяется по формуле

где ϑ0=t0-tв - начальная избыточная температура струи; tв, to и tм - температура воздуха соответственно в помещении, в начале струи и в точке с максимальной скоростью; qк - удельный тепловой поток от струи к стенке, который в данном решении принят неизменным по длине.

Расход воздуха в час на 1 м ширины плоской струи в сечении х равен

Локальные значения коэффициента конвективного теплообмена по направлению движения струи для (Pr=0,709) могут быть определены по уравнению

Формула получена для условий теплообмена неизотермической струи с изотермической поверхностью, но ее можно использовать для случая слабо неизотермической поверхности, как это часто бывает в помещениях.