Численное исследование естественной конвекции в помещении с прерывистым отоплением
Аналитическое решение задач оптимизации систем отопления в условиях периодического пребывания людей. Исследование теплофизических свойств отопительного прибора. Разработка численной модели системы, состоящей из отопительных приборов конвективного типа.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.03.2018 |
| Размер файла | 326,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Численное исследование естественной конвекции в помещении с прерывистым отоплением
Никитин Максим Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции,
Голиков Владислав Андреевич, магистрант кафедры механизации, автоматизации и электроснабжения. Самарский государственный технический университет.
Основное внимание при создании комфортного микроклимата в помещении уделяется поддержанию требуемой температуры и влажности воздуха. Помимо этого, уровень комфорта так же определяется кратностью воздухообмена в помещении[1]. Наиболее распространенным отопительным прибором производственных и бытовых помещений является радиатор, который обеспечивает лучистый и конвективный теплообмен[2]. Этот тип отопительных приборов является экономичным и надежным вариантом, может быть дополнен другими средствами воздушного отопления.
Отдельного внимания заслуживают помещения с периодическим пребыванием людей. В таких условиях постоянная подача тепла не рациональна. В зависимости от категории, в таких помещениях в периоды отсутствия людей работает дежурное отопление, либо они не отапливаются1. Роль дежурного отопления заключается в предотвращении охлаждения воздуха ниже точки росы1. Главной особенностью реализации систем отопления таких помещений является обеспечение возможности быстрого прогрева внутреннего воздуха до номинальных значений1.
Аналитическое решение задач оптимизации систем отопления в условиях периодического пребывания людей[3] определило теплофизические свойства отопительного прибора (радиатора) как решающий фактор при построении систем теплоснабжения.
Целью проведенной работы была разработка численной модели, адекватно описывающей динамическую систему, состоящую из отопительных приборов конвективного типа. Проверка адекватности проводилась сопоставлением с результатами аналитического решения3.
Уравнение для определения тепловой нагрузки системы отопления здания, Qотопл, кВт1:
отопление конвекционный теплофизический прибор
Qотопл = q0 * б * Vн * (tвн - tнар ) (1)
где q0 - удельная отопительная характеристика здания, кВт/(м3·°С); б - поправочный коэффициент, учитывающий климатический условия района; Vн - наружный объем здания, м3; tвн - средняя температура внутри помещения, °С; tнар - расчетная температура наружного воздуха, °С.
Исходя из уравнения отопления здания (1) проводится анализ влияния режима работы отопительных приборов на микроклимат помещения, т.е. температуру внутреннего воздуха. Расчетное уравнение для температуры внутреннего воздуха tв, °С, имеет вид3:
(2)
где tнар - температура наружного воздуха, °С; ф1 - температура прямой сетевой воды, °С; G - массовый расход прямой сетевой воды, поступающей из тепловой сети (или теплового пункта) в систему отопления здания, кг/с; kсо - средний коэффициент теплопередачи системы отопления, кВт/(м2·°С); Fсо - общая площадь теплоотдающих элементов системы отопления, м2; б - поправочный коэффициент, учитывающий климатический условия района; Qтв - мощность внутренних тепловыделений (люди, электроприборы, газовые плиты и т.д.), кВт; cв - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг·°С).
Задача решалась в трёхмерной постановке. Расчётная область представляет из себя внутренний объём жилого помещения (рис. 1).
Рис. 1. Модель помещения.
Расчётная сетка (рис. 2) состоит из 286364 тетраэдальных элементов с размерами ячейки от 0,03 до 0,1 м. Расчётная сетка была построена на платформе Salome[4]. Ввиду отсутствия значительных температурных градиентов вблизи поверхностей ограждающих конструкций, призматические слои вязкости не были использованы.
Рис. 2. Расчётная сетка.
Расчётная модель помещения была создана и рассчитана с помощью комплекса Code_Saturne[5]. Code_Saturne - это вычислительное програмное обеспечение, предназначенное для расчета турбулентных и ламинарных потоков с передачей тепла.
Сравнительный анализ граничных условий первого и третьего рода был построен на ламинарной модели. Граничные условия первого рода (построянное распределение температуры на границе) были приняты в соответствии со схемой автоматизации системы отопления. Граничные условия третьего рода, характеризующие теплообмен между поверхностью тела и окружающей жидкостью, были использованы для фиксации количества теплоты, проходящего через эту поверхность.
В первом случае температура внешней среды была задана равной Tн = 243 K, температура внутренней среды Tв = 293 K и температура радиатора Tр = 363 K. Во втором случае был задан тепловой поток ( q = 0 Вт/м2 ). Заданный тепловой поток является эквивалентом принятому в первом случае коэффициенту теплоотдачи, и был введен для оценки степени применимости данных граничных условий.
Максимальная точность решателя была ограничена на уровне 105 для скорости и давления при максимальном количестве итераций 10000. Анализ модели проводился по продольному сечению модели для шести моментов времени (рис. 3): ф1 = 0 с, ф2 = 28 с, ф3 = 56 с, ф4 = 84 с, ф5 = 112 с, ф6 = 140 с.
Рис. 3. Динамика изменения температуры в вертикальном сечении.
Полученные результаты моделирования естественной конвекции показали корректное воспроизведение процесса отопления помещения. В испытуемом помещении не происходит вымораживания или перетопа внутреннего воздуха, что говорит о корректной интерпретации заимствованных данных аналитического расчета.
Литература
1. СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Введ.: 01.01.2013. М.: Минрегион России, 2012.
2. Скрябин В.И. Курс лекций по тептотехнике. Калининград: Изд-во Калининградского гос. техн. ун-та, 2000. 82 с.
3. Шалаганова А.Н., Тастанбеков М.Ж. Режим работы отопительных приборов и их влияние на микроклимат помещения. Семей: Изд-во гос. ун-та им. Шакарима, 2015. 425 - 428 с.
4. SALOME Platform. URL: http://salome-platform.org (дата обращения: 09.01.2016).
5. Code_Saturne Platform. URL: http://code-saturne.org/cms (дата обращения: 09.01.2016).
[1] СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Введ.: 01.01.2013. М.: Минрегион России, 2012.
[2] Скрябин В.И. Курс лекций по тептотехнике. Калининград: Изд-во Калининградского гос. техн. ун-та, 2000. 82 с.
[3] Шалаганова А.Н., Тастанбеков М.Ж. Режим работы отопительных приборов и их влияние на микроклимат помещения. Семей: Изд-во гос. ун-та им. Шакарима, 2015. 425 - 428 с.
[4] SALOME Platform. URL: http://salome-platform.org (дата обращения: 09.01.2016).
[5] Code_Saturne Platform. URL: http://code-saturne.org/cms (дата обращения: 09.01.2016).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Проверка теплозащитных свойств наружных ограждений. Проверка на отсутствие конденсации влаги. Расчет тепловой мощности системы отопления. Определение площади поверхности и числа отопительных приборов. Аэродинамический расчет каналов системы вентиляции.
курсовая работа [631,5 K], добавлен 28.12.2017Характеристика объемно-планового решения. Особенность определения тепловых потерь. Гидравлический расчет однотрубной системы отопления. Тепловой подсчет системы отопления и подбор отопительных приборов. Фактический расход теплоносителя на участке.
курсовая работа [485,8 K], добавлен 09.11.2022Конструирование и расчет однотрубной системы водяного отопления. Определение расчетного теплового потока и расхода теплоносителя для отопительных приборов. Гидравлический расчет потерь теплоты помещениями и зданием, температуры в неотапливаемом подвале.
курсовая работа [389,8 K], добавлен 06.05.2015Численное исследование силового взаимодействия газовой струи и несжимаемой жидкости через контактную поверхность. Физико-математическое моделирование кислородно-конвертерного процесса. Влияние управляющих параметров (давления и температуры в газопроводе).
дипломная работа [2,5 M], добавлен 18.02.2011Виды систем центрального отопления и принципы их действия. Сравнение современных систем теплоснабжения теплового гидродинамического насоса типа ТС1 и классического теплового насоса. Современные системы отопления и горячего водоснабжения в России.
реферат [353,4 K], добавлен 30.03.2011Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций. Расход теплоты на нагревание вентиляционного воздуха. Выбор системы отопления и типа нагревательных приборов, гидравлический расчет. Противопожарные требования к устройству систем вентиляции.
курсовая работа [244,4 K], добавлен 15.10.2013Расчёт отопления, вентиляции и горячего водоснабжения школы на 90 учащихся. Определение потерь теплоты через наружные ограждения гаража. Построение годового графика тепловой нагрузки. Подбор нагревательных приборов систем центрального отопления школы.
курсовая работа [373,7 K], добавлен 10.03.2013Применение лучистого отопления. Условия эксплуатации газовых и электрических инфракрасных излучателей. Проектирование систем отопления с обогревателями ИТФ "Элмаш-микро". Система контроля температуры в ангаре и назначение двухканального регулятора 2ТРМ1.
дипломная работа [7,3 M], добавлен 01.03.2013Методы расчета водяного и калориферного отопления производственных помещений. Определение теплопотерь в производственных помещениях для возмещения отоплением. Технические характеристики водогрейных котлов. Расчет площади секций нагревательных элементов.
контрольная работа [475,0 K], добавлен 03.06.2017Основная допустимая погрешность вторичных пневматических приборов. Принципиальная схема станции управления. Прибор контроля пневматический интегрирующий типа ПИК-1. Сущность принципа силовой компенсации. Главные особенности коррекции нуля прибора.
реферат [539,4 K], добавлен 03.02.2013Параметры наружного и внутреннего воздуха для холодного и теплого периодов года. Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций. Расчет теплопотерь здания. Составление теплового баланса и выбор системы отопления. Поверхности нагревательных приборов.
курсовая работа [384,9 K], добавлен 20.12.2015Классификация систем кондиционирования воздуха, принципиальная схема прямоточной системы. Тепловой баланс производственного помещения. Расчёт процессов обработки воздуха в системе кондиционирования. Разработка схемы воздухораспределения в помещении.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 04.06.2011Анализ методов оценки упругопластических свойств материалов для верха обуви при растяжении. Обоснование выбора методов испытаний и исследуемых материалов. Разработка автоматизированного комплекса для оценки свойств при одноосном и двухосном растяжении.
дипломная работа [4,8 M], добавлен 26.10.2011Исследование неравномерности распределения механических и электромагнитных свойств по длине и ширине. Математические модели прогнозирования неравномерности свойств в металле. Регрессионные зависимости показателей качества от скорости прокатки на стане.
реферат [36,3 K], добавлен 10.05.2015Характеристика метрологической службы ФГУП "Комбината "Электрохимприбор". Описание средства допускового контроля. Средство измерения для измерения параметров калибра-кольца: микроскоп УИМ-23. Описание двухкоординатного измерительного прибора типа ДИП-1.
дипломная работа [274,6 K], добавлен 12.05.2011Основные понятия и определения алгоритма решения изобретательских задач (АРИЗ) как комплексной программы алгоритмического типа, основанной на законах развития технических систем. Классификация противоречий, логика и структура АРИЗ. Пример решения задачи.
реферат [382,9 K], добавлен 16.06.2013Исследование составляющих элементов теории решения изобретательских задач и её значение для науки, изобретателей и производства. Анализ степени изменения объекта в зависимости от степени трудоемкости: закон полноты, ритмики и увеличения степени системы.
контрольная работа [20,5 K], добавлен 10.02.2011Анализ работы электропривода. Исследование схемотехники электронной системы программного управления. Функциональная схема модуля оперативного запоминающего устройства. Алгоритм поиска неисправности. Расчет времени безотказной работы, загруженности ЭСПУ.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 26.06.2016Обоснование структуры системы автоматического регулирования и разработка функциональной схемы. Разработка математической модели системы, синтез регуляторов скорости и положения. Исследование динамической характеристики системы на персональном компьютере.
курсовая работа [366,0 K], добавлен 13.09.2010Назначение и классификация моделей, подходы к их построению. Составление математических моделей экспериментально-статистическими методами. Моделирование и расчет цифровых систем управления. Разработка и исследование модели статики процесса ректификации.
учебное пособие [1,8 M], добавлен 26.03.2014
