Цель и задачи
Цель: произвести расчет теплоснабжения модельного объекта за счет использования радиационного источника тепла зональным методом.
Для решения были поставлены следующие задачи:
1.Разобраться в зональном методе;
2.Вывести основную систему уравнений;
3.Оптимизировать систему решения радиационного теплообмена;
4.Решить задачу с простейшим объектом;
5.Сопоставить полученные результаты с графиком комфорта построить графики распределения температур поверхностных и объемных зон.
1
Введение
Традиционной системой, используемой для обогрева производственных, общественных и жилых, является воздушное отопление. При использовании этой системы горячий воздух, из- за его низкой плотности, поднимается и возникает послойная градация температур по высотам помещения.
При идеализированном варианте система лучистого отопления концентрирует тепловую энергию на человеке и только косвенно нагревает остальную часть отапливаемого помещения.
2
Проблемы и их решение
При выполнении работы столкнулись со следующими проблемами:
1.Деление помещения на зоны и выбор рода зон для каждого объекта;
2.При радиационном анализе для каждой из поверхностей должна быть указана либо температура, либо тепловой поток и, чтобы получить уникальное решение для неизвестных температур поверхности и тепловых потоков;
3.Тепловые потоки через ограждающие конструкции и их распределение;
4.Поглощательная и излучающая способность объемной зоны (воздуха).
Методы решения:
1.Из допущений было принято, что весь внутренний объем считаем одной объемной зоной;
2.Для каждой зоны в соответствии с постановкой задачи расчета радиационного теплообмена один из двух параметров – температура зоны () или результирующий тепловой поток () – задан по условию, а другой является искомым. Поскольку в работе рассмотрена обратная постановка, поэтому зоны принимаются, как II род;
3.Вся излученная энергия рассеивается наружу, то есть все отданное тепло принимается зонами и рассеивается ими в окружающую среду, соответственно есть поток тепла через поверхности;
4.Излучающими компонентами являются трехатомные газы – пары воды и диоксид углерода . Суммировав поглощательную способность обоих найдем искомую степень черноты воздуха;
5.Составление системы уравнений и поиск оптимизации.
3
Допущения принятые для решения задачи
• Для решения модельной задачи были приняты следующие допущения: |
|
|
1. |
Отсутствие конвекции; |
|
2. |
Стационарность системы; |
|
3. |
Простейшая геометрия; |
|
4. |
Одно объемное тело (внутренний объем воздуха); |
|
5. |
как воздуха, так и поверхностей, для создания потока тепла через |
|
|
конструкции; |
|
6. |
Источником тепла (результирующего излучения) является потолок; |
|
7. |
Степень черноты поверхностей постоянна;Вся излученная энергия |
|
|
рассеивается наружу, то есть все отданное тепло принимается зонами и |
|
|
рассеивается ими в окружающую среду, соответственно есть поток тепла |
|
|
через поверхности; |
|
8. |
Поскольку задаваемым значением считаем результирующий поток |
|
|
греющей поверхности, то рассеиваемая теплота зонами находится |
|
|
отношением: |
4 |
График комфорта
На рисунке выделены области конвективного отопления (слева вверху над пунктирной линией), отличительной характеристикой которого является превышение температуры воздуха в помещении над средней температурой поверхностей ( > ), и лучистого отопления (справа внизу), когда средняя температура поверхностей выше температуры воздуха ( > ).
Области тепловых условий для человека, выполняющего легкую работу в отапливаемом помещении: – температура внутреннего воздуха,
– средняя температура поверхностей.
5
Основная система уравнений
|
|
Уравнения |
|
|
|
для |
собственных |
и |
• |
|||||||
эффективных потоков зон приведены ниже: |
|
|||||||||||||||
¿ соб |
= |
|
эф − |
1− |
) |
рез |
для поверхностной зоны |
|
||||||||
{ |
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
¿ соб |
= |
эф |
для объемной зоны |
|
|
|||||||
|
|
∑ ( |
|
|
|
|
|
|
для поверхностной зоны , |
|
||||||
¿ эф= |
эф |
∙ |
) |
− рез |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
¿ эф= ∑ |
( эф ∙ )− рез для объемной зоны |
|
3. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.Нахождение эффективных потоков каждой зоны;
2.Нахождение собственного излучения зоны;
3.Нахождение температур каждой
зоны.
6
Результаты расчетов
На данном графике представлена зависимость температур от мощности излучателя. Интервал мощности излучателя был взять от 45,2 до 50,8 , часть мощности, которая попадает в зону теплового комфорта, а именно 46 и до 50 Вт, считаем удовлетворительной для входных данных, при и , поверхность №1 (пол) рассеивает 0,7 тепла, рассеиваемого стеной при тех же условиях.
7
Заключение
Изучение зональных методов расчета радиационного теплообмена и задач оптимизации лучистого отопления продемонстрировало:
1.Использование зональной системы расчета позволяет более точно предсказать тепловые потоки и комфортную зону для людей в помещении;
2.Была выведена система уравнений для поверхностей и обсуждена возможность использования этих зависимостей для решения задач оптимизации теплоснабжения;
3.Результаты представленные на графиках удовлетворяют значениям зоны теплового комфорта человека, что подтверждает эффективность зональных методов расчета;
4.В целом, изучение данной темы является важным и актуальным направлением, которое помогает решать практические задачи в области инженерного проектирования и гарантирует создание комфортного и эффективного теплоснабжения в зданиях.
8