Pages Navigation Menu

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ПИ № ФС 77 - 51217, 16+

() Искать в Google Scholar
Цитировать

Цитировать

Электронная ссылка | Печатная ссылка

Скопируйте отформатированную библиографическую ссылку через буфер обмена или перейдите по одной из ссылок для импорта в Менеджер библиографий.
Курицын Б. Н. ТЕПЛОВАЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБНЫХ РЕШЕТОК В ГРУНТОВОМ МАССИВЕ / Б. Н. Курицын, С. С. Кузнецов, И. М. Бычкова // Международный научно-исследовательский журнал. — 2014. — №. — С. . — URL: https://research-journal.org/technical/teplovaya-interferenciya-elementov-trubnyx-reshetok-v-gruntovom-massive/ (дата обращения: 19.07.2019. ).

Импортировать


ТЕПЛОВАЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБНЫХ РЕШЕТОК В ГРУНТОВОМ МАССИВЕ

Курицын Б.Н.1, Кузнецов С.С.2, Бычкова И.М.3

1Доктор технических наук, профессор;

2ассистент;

3магистрант,

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

ТЕПЛОВАЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБНЫХ РЕШЕТОК В ГРУНТОВОМ МАССИВЕ

Аннотация

В статье излагаются материалы теоретических исследований теплового взаимодействия между грунтовым массивом и системой трубопроводов, приводятся результаты экспериментальной апробации математических моделей на установке электротеплового моделирования.

Ключевые слова: грунт, трубная решетка, тепловая интерференция, моделирование.

Kuritsin B.N.1, Kuznetsov S.S.2, Bichkova I.М.3

1Doctor of technical sciences, professor;

2assistant professor;

3master,

Saratov State Technical University named after Gagarin Yu. A.

THERMAL INTERFERENCE OF ELEMENTS OF TUBE PLATES IN THE EARTHEN ARRAY

Abstract

The article contains materials of theoretical researches of thermal interaction between the earthen array and system of pipelines are used, results of experimental approbation of mathematical model of installation on electrothermal modeling are given.

Keywords: ground, tube plate, thermal interference, modeling.

В современной практике инженерного оборудования зданий все более широкое применение находят трубчатые грунтовые теплообменники. Они используют природное тепло (холод) грунтового массива в установках теплонасосного отопления и горячего водоснабжения, в системах приточной вентиляции для нагрева (охлаждения) воздуха, в установках естественной регазификации сжиженных газов и в других технических решениях [1, 2, 3].

Рациональное размещение грунтового теплообменника на территории, прилегающей к зданию, требует изучение такого важного вопроса, как тепловая интерференция элементов теплообменника при различных вариантах его компоновки. В целях компактности теплообменник может быть выполнен в виде змеевика (регистра) из труб, уложенных в грунте параллельно на определенном расстоянии друг от друга.

Взаимное тепловое влияние труб (тепловая интерференция) снижает удельный теплоприток (удельную холодопроизводительность) в расчете на   1 м трубопровода. Количественно этот эффект можно учесть с помощью коэффициента µ, который представляет собой отношение удельного теплопритока на единицу длины трубной решетки к удельному теплопритоку на единицу длины одиночного трубопровода.

Сформулируем задачу следующим образом. В однородном полуограниченном массиве (грунте) теплопроводностью λ на глубине h заложена цепочка из n цилиндрических труб длиной l и радиусом r0. Трубы расположены   параллельно   с   шагом   S   так,  как  это  показано  на  рис.  1. На поверхности труб поддерживается постоянная температура tтр, на поверхности массива – температура tгр. Температурный градиент по глубине массива и фазовые превращения воды в грунте отсутствуют.

Для решения задачи воспользуемся принципом квазистационарных тепловых состояний в сочетании с методом средних потенциалов (метод      Г. Хоу) [2, 4]. В качестве исходной предпосылки примем следующие допущения: l>>r0 и h>>r0.

03-08-2018 14-48-10

Рис. 1 – К расчету тепловой интерференции трубных решеток в грунтовом массиве

Считая, что тепловой поток распределен по поверхности трубопровода равномерно с линейной плотностью q, запишем уравнение, определяющее среднеинтегральную разность температур между грунтом и поверхностью одиночного трубопровода [4]:

 03-08-2018 14-51-05                                (1)

Перепишем (1) следующим образом:

03-08-2018 14-52-47                                           (2)

Где 03-08-2018 14-53-49– геометрические параметры, характеризующие тепловое взаимодействие самой трубы и ее отображения.

Уравнение (2) можно распространить также на цепочку из n параллельных труб конечной длины.

Тогда среднеинтегральная разность температур между грунтом и поверхностью k-й трубы будет иметь следующий вид:

03-08-2018 14-55-29    (3)

Где 03-08-2018 14-56-00 – геометрические параметры, характеризующие взаимодействие k-й трубы и ее отображения;

03-08-2018 15-00-21– геометрические параметры, характеризующие воздействия i-й трубы и ее отображения на k-ю трубу;

03-08-2018 15-00-48– линейная плотность теплового потока на поверхностях i-й и k-й труб.

Причем, на основании (1) и (2):

03-08-2018 15-01-18                                                (4)

03-08-2018 15-02-18                                               (5)

  03-08-2018 15-03-35                     (6)

 03-08-2018 15-06-26                                         (7)

где S – расстояние между трубами;

m – число пролетов между k-й и i-й трубами;

r – расстояние между k-й трубой и отображением i-й трубы, определяемое по формуле

03-08-2018 15-08-17                                                              (8)

Аналогичные выражения можно записать для остальных труб решетки. Полагая , приходим к системе из n-линейных уравнений:

03-08-2018 15-10-09(9)

решая которую, находим линейную плотность  теплового потока на поверхности трубопроводов:

 03-08-2018 15-11-24                                          (10)

Где 03-08-2018 15-12-10 – функция от геометрических параметров трубной решетки.

Общий теплоприток ко всем трубам решетки:

 03-08-2018 15-13-09                                                         (11)

Величину удельного теплопритока для одиночного трубопровода эквивалентной длины L=nl получим по формуле (1) при 03-08-2018 15-14-17

03-08-2018 15-15-53                          (12)

В частном случае при l >>h уравнение (12) принимает вид:

 03-08-2018 15-21-23                                             (13)

Общий теплоприток для всей длины одиночного трубопровода:

03-08-2018 15-25-08                                      (14)

Коэффициент µ, учитывающий снижение теплопритока вследствие тепловой интерференции элементов трубной решетки:

 03-08-2018 15-27-17                                       (15)

Система уравнений (1÷15) формирует математическую модель тепловой интерференции грунтовых теплообменников с горизонтальным расположением трубной решетки. Предложенная модель удобна для программирования и успешно реализуется средствами вычислительной техники.

В качестве практического применения предложенной математической модели (1-15) оценим тепловую интерференцию элементов грунтового теплообменника со следующими геометрическими параметрами: r0=0,011 м, h=2,5 м; l=6,0 м. Результаты расчетов для трубных решеток  с числом элементов n=2 и 6 при шаге между трубами S от 0,25 до 2,0 м представлены на рис. 2.

03-08-2018 15-30-09

Рис. 2 – Значения коэффициента µ для трубных решеток в грунтовом массиве

Для сравнения на том же графике приводятся экспериментальные данные, полученные  на установке электротеплового моделирования. Как видно из графика, результаты расчетов хорошо согласуются с данными экспериментальных исследований. Среднее расхождение результатов составляет 6,8 %; причем, как правило, теоретические расчеты дают более низкие значения коэффициента µ. Такое соотношение вполне оправдано, если учесть, что применение метода среднего потенциала обычно предопределяет заниженную величину расчетного теплопритока [4].

Использование предложенной математической модели в инженерной практике способствует совершенствованию методов расчета и проектирования трубчатых грунтовых теплообменников и повышает качество проектных проработок.

Литература

  1. Курицын Б. Н., Юшин А. Н. Грунтовые теплообменники в системах инженерного оборудования зданий // Научно-технический калейдоскоп. – Ульяновск: Издательство УлГТУ. – 2001. – № 10. – С. 65-67.
  2. Курицын Б. Н., Павлутин М. В., Осипова Н. Н. Испарительные установки сжиженного газа с трубчатыми грунтовыми теплообменниками // Инженерные системы: АВОК-Северо-Запад. – № 1 (27). – 2007. – С. 48-51.
  3. Курицын Б. Н., Осипова Н. Н. Использование природного холода грунта в системах бытового кондиционирования воздуха // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения. Сборник научных трудов. – Саратов: Издательство СГТУ. – 2006. – С. 196-203.
  4. Иоссель Ю. А. Расчет потенциальных полей в энергетике. – Спб.: Энергия. – 1998. – 350 с.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.