ISSN 1991-3087
Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

НА ГЛАВНУЮ

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 сиситем 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:

Qотопл = q0 * α * Vн * (tвн – tнар )                                                                                  (1)

где q0 – удельная отопительная характеристика здания, кВт/(м3·°С); α – 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; τ1 – 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; α – 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 окрущей жидкостью, были использованы для фиксации количества теплоты, проходящего через эту поверхность.

В первом случае температура внешней среды была задана равной = 243 K, температура внутренней среды = 293 K и температура радиатора = 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): τ1 = 0 с, τ2 = 28 с, τ3 = 56 с, τ4 = 84 с, τ5 = 112 с, τ6 = 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).

 

Поступила в редакцию 16.06.2016 г.



[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).

2006-2019 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.