Моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей
Рассмотрен вопрос математического моделирования теплогидравлических процессов, происходящих в системах трубопроводов тепловых сетей. Получена система алгебраических уравнений для расчета теплогидравлических процессов. Изложена методика теплового расчета трубопроводов тепловых сетей. Розглянуто питан...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60695 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей / А.З. Даминов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 52-56. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860241613553401856 |
|---|---|
| author | Даминов, А.З. |
| author_facet | Даминов, А.З. |
| citation_txt | Моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей / А.З. Даминов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 52-56. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Рассмотрен вопрос математического моделирования теплогидравлических процессов, происходящих в системах трубопроводов тепловых сетей. Получена система алгебраических уравнений для расчета теплогидравлических процессов. Изложена методика теплового расчета трубопроводов тепловых сетей.
Розглянуто питання математичного моделювання теплогідравлічних процесів у системах трубопроводів теплових мереж. Одержано систему алгебраїчних рівнянь для розрахунку теплогідравлічних процесів. Подано методику теплового розрахунку трубопроводів теплових мереж.
The problem of mathematical modeling of thermohydraulic processes in pipe systems of heat networks is considered. A set of algebraic equations for the calculation of thermohydraulic processes is derived. The thermal design procedure of pipe systems of heat networks is described.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:30:31Z |
| format | Article |
| fulltext |
Для проведения исследований трубопровод;
ных систем теплоснабжения необходимо прове;
дение комплексного анализа, включающего в се;
бя математическую модель теплогидравлических
процессов при течении теплоносителя в системе
теплоснабжения и методику теплогидравличес;
кого расчета данных систем.
При тепловом расчете тепловых сетей прихо;
дится обычно определять тепловые потоки через
слои и поверхности различной формы. В трубо;
проводе, проложенном в канале и окруженном
внутриканальным воздухом, теплота должна
пройти внутреннюю поверхность рабочей трубы,
стенку трубы, слой изоляции и наружную поверх;
ность изоляции [1–3].
Математическая модель теплогидравлических
процессов построена на основе системы балан;
совых уравнений сохранения энергии, вещества
и количества движения сплошной среды с учетом
особенностей теплообмена с окружающей сре;
дой при течении теплоносителя по трубопроводу.
Определение конечных параметров теплоно;
сителя на выходе из системы является достаточ;
но трудной задачей, так как все эти параметры
52 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
Розглянуто питання математичного
моделювання теплогідравлічних про:
цесів у системах трубопроводів тепло:
вих мереж. Одержано систему алгеб:
раїчних рівнянь для розрахунку
теплогідравлічних процесів. Подано ме:
тодику теплового розрахунку трубопро:
водів теплових мереж.
Рассмотрен вопрос математическо:
го моделирования теплогидравлических
процессов, происходящих в системах
трубопроводов тепловых сетей. Получе:
на система алгебраических уравнений
для расчета теплогидравлических про:
цессов. Изложена методика теплового
расчета трубопроводов тепловых сетей.
The problem of mathematical modeling
of thermohydraulic processes in pipe sys:
tems of heat networks is considered. A set
of algebraic equations for the calculation of
thermohydraulic processes is derived. The
thermal design procedure of pipe systems
of heat networks is described.
УДК 697.34+519
ДАМИНОВ А.З.
Исследовательский центр проблем энергетики Казанского научного центра РАН
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ И МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА
ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Ср – удельная теплоемкость;
d – диаметр трубопровода;
G – расход;
g – ускорение свободного падения;
ht – шаг;
f – поверхность;
i – энтальпия;
L – общая длина участка трубопровода;
l – длина участка трубопровода;
n – количество трубопроводов;
Р – давление;
Q – тепловой поток;
q – удельный тепловой поток;
t – температура;
W – скорость;
α – коэффициент теплоотдачи;
λ – коэффициент теплопроводности;
ξ – коэффициент трения;
ρ – плотность;
δ – толщина.
Индексы нижние:
o – теплоноситель – окружающая среда;
1 – воздух – теплоноситель;
в – вода (теплоноситель);
вв – внутренний диаметр трубопровода;
возд – окружающий воздух;
из – изоляция;
пр – прямой трубопровод;
обр – обратный трубопровод;
н – начальный участок;
к – конечный участок;
кан – канал.
меняются по длине и в то же время связаны
сложными нелинейными зависимостями.
Базовыми уравнениями для расчета конечных
параметров теплоносителя (воды) являются
уравнения изменения давления Рв и энтальпии iв
по длине трубопровода:
, (1)
. (2)
После ряда математических преобразований
получаем следующую систему уравнений:
; (3)
. (4)
Запишим систему (3–4), применив для чис;
ленного интегрирования правой части уравнения
формулу прямоугольников [4], в виде:
; (5)
. (6)
Система уравнений (5–6) используется в ме;
тодике расчета тепловых потоков и в самом теп;
ловом расчете систем трубопроводов тепловых
сетей.
При тепловом расчете систем трубопроводов
можно рассматривать две основные задачи:
1. Определение конечных параметров тепло;
носителя (воды) при заданных параметрах сети:
схема тепловой сети, длина участков, диаметры
трубопроводов, толщина изоляции.
2. Определение толщины теплоизоляцион;
ного слоя при заданных конечных параметрах
теплоносителя у абонентов.
Для решения обеих задач будем считать задан;
ными следующие величины:
; данные, характеризующие трубопровод: тем;
пература воды на входе в трубопровод; давление
воды на входе в трубопровод; массовый расход
воды; наружный диаметр трубопровода; внутрен;
ний диаметр трубопровода; коэффициент теп;
лопроводности материала стенок трубопровода,
количество трубопроводов;
; прочие данные: длина трубопроводов; темпе;
ратура окружающего воздуха; материал изоля;
ции; конструкция канала.
Для решения задачи 1 необходимо ввести до;
полнительно величину толщины изоляции.
Рассматривая схемы взаимного расположения
прямых и обратных трубопроводов (рис. 1) [1],
можно выделить следующие удельные тепловые
потоки, характеризующие теплообмен в этой
системе: q – удельный тепловой поток от тепло;
носителя прямого трубопровода к воздуху в кана;
ле; q1 – от воздуха в канале к теплоносителю об;
ратного трубопровода; q2 – от воздуха в канале в
окружающую среду через стенку канала; q0 – от
теплоносителя в окружающую среду через стенки
трубопроводов, слой изоляции и стенку канала.
Поскольку в данном случае речь идет о тепловых
потоках, характеризующих теплообмен на входе
вк вн в вн 1н 1к 0н 0к
в в
0,5
( )i i i i q q q q L
G n
≈ + Δ = + + − −
вн вк( )
dz
g L
dl
⎛ ⎞ ρ + ρ⎜ ⎟
⎝ ⎠
2
в вн
вк вн 2 5
внвв
8 (Re)
0,5
G
Р Р L
d
⎛ ⎞ξ
≈ − −⎜ ⎟ρπ ⎝ ⎠
1 0
вк вн
0 в в
( ) ( )L q l q l
i i dl
G n
⎛ ⎞
⎜ ⎟
⎝ ⎠
−= + ∫
2
в
вк вн в2 5
0 ввв
8 (Re)L G dz
Р Р g dl
dld
⎛ ⎞ξ ⎛ ⎞= − + ρ⎜ ⎟∫ ⎜ ⎟⎜ ⎟ρπ ⎝ ⎠⎝ ⎠
2
1 0в в
2 4
в в ввв в
( ) ( )16 1 q l q ldi G d
dl dl G nd
⎛ ⎞ −
= − +⎜ ⎟ρπ ρ ⎝ ⎠
2 2
в в в в
в2 4 2 5
ввв вв в
16 81
gl
dP G Gd
dl dld d
⎛ ⎞ ξ
= − − + ρ⎜ ⎟ρπ π ρ⎝ ⎠
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 53
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
×
×
Рис. 1. Расположение прямого и обратного
трубопроводов с распределением удельных
тепловых потоков:
1 – трубопровод; 2 – антикоррозионное
покрытие; 3 – теплоизоляционный слой;
4 – защитное покрытие.
в систему, всем им присваивается индекс “н”. Та;
ким образом, здесь определяются значения
удельных тепловых потоков qн, q1н, q2н и q0н. Про;
цедура вычисления удельных тепловых потоков
q, q1, q2 и q0 проводится по ходу вычислений еще
несколько раз для нахождения параметров систе;
мы на выходе из рассматриваемого участка. По;
этому методика расчета удельных тепловых пото;
ков будет вынесена в отдельный расчетный блок.
Таким образом, в начале решения задачи 1
(блок;схема представлена на рис. 2) выполняется
определение удельных тепловых потоков qн, q1н,
q2н и q0н, при этом в расчете в качестве парамет;
ров теплоносителя используем величины темпе;
ратуры воды прямого трубопровода в начальном
и конечном участках, а также температуры воды
обратного трубопровода в начальном и конечном
участках.
Поскольку величины удельных тепловых по;
токов q теплоносителя прямого трубопровода к
воздуху в канале и т.д. меняются по длине тру;
бопровода, то при строгих расчетах количество
теплоты Q, Q1 и Q0 следует определять с помощью
интегрирования тепловых потоков q, q1 и q0 по
длине трубопровода.
Величина q, q1 и q0 в каждой точке в этом слу;
чае вычисляется с помощью решения сложной
системы дифференциальных уравнений, полу;
чить решение которой в аналитическом виде не
всегда представляется возможным, а применение
численных методов сопряжено с большим коли;
чеством производимых вычислений. Поэтому
для вычисления тепловых потоков Q, Q1 и Q0 вос;
пользуемся так же как и раньше методом второго
порядка точности:
(7)
Методика расчета толщины теплоизоляцион;
ного слоя в зависимости от назначения тепловой
изоляции оборудования и трубопроводов в
СНиП 41;03;2003 [5] не приводится, и в настоя;
щее время следует пользоваться сводом правил
СП 41;103;2000 [6], где приведены формулы для
расчета.
Расчеты тепловой изоляции трубопроводов
при подземной прокладке в канале с удовлетво;
рительной для практики точностью выполняют;
ся по инженерной методике, учитывающей тер;
мическое сопротивление теплоизоляционного
слоя, сопротивление теплоотдаче на границе
теплоизоляции и стенок канала с воздухом в ка;
нале и термическое сопротивление стенок кана;
ла и грунта. Термическое сопротивление грунта
рассчитывается по известной формуле Форхгей;
мера, учитывающей теплопроводность грунта в
условиях эксплуатации, диаметр теплопровода и
глубину его заложения.
н к
1 1н 1к
0 0н 0к
2 2н 2к
0,5( ) ;
0,5( ) ;
0,5( ) ;
0,5( ) .
Q q q L
Q q q L
Q q q L
Q q q L
= +
= +
= +
= +
54 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
Рис. 2. Блок�схема расчета конечных параметров
теплоносителя на выходе из трубопровода при
заданной толщине изоляции.
Расчеты тепловой изоляции при бесканальной
прокладке трубопроводов выполняются по мето;
дике, учитывающей термическое сопротивление
теплоизоляционного слоя и термическое сопро;
тивление грунта.
В практике при двухтрубной прокладке тру;
бопроводов тепловых сетей в канале толщина
теплоизоляционного слоя обратного трубопро;
вода с учетом монтажных требований принима;
ется равной толщине теплоизоляции подающего
трубопровода.
Рассмотрим представленную на рис. 3 блок;
схему методики решения задачи 2, для которой
введем дополнительные данные: температуру
теплоносителя на выходе из трубопровода tпр.к.
1. Предварительно задаемся величиной δиз. В
качестве предварительного приближения δиз ре;
комендуется воспользоваться приближенной
формулой
, (8)
где Q = GобрnобрdобрLα0(tобр.к. – tобр.н) –
– Gпрnпр(tпр.к.–tпр.н); α0 ≈ 9,3·10–3 Вт/м2;
α ≈ 17,4·10–3 Вт/м2; λиз – коэффициент теплопро;
водности материала изоляции, Вт/(м·К), рассчи;
танный при tиз = 0,5(tпр.н + tкан).
2. Рассчитываем конечную температуру тепло;
носителя по методике, представленной выше.
3. Если полученное в результате расчетов значение
tпр.к. меньше заданного значения, то величину δиз сле;
дует увеличить, в противном случае, наоборот умень;
шить и вновь рассчитать конечную температуру теп;
лоносителя и так до тех пор, пока не будет достигнута
нужная степень точности расчета величины δиз.
Для решения частного случая задачи 2 – опре;
деления толщины изоляции, необходимой для
поддержания температуры теплоносителя в пре;
делах заданного значения, необходимо восполь;
зоваться методикой решения задачи 1, полагая
при этом tпр.к. = tпр.н..
Выше были рассмотрены частные случаи рас;
четов тепловых сетей, сам алгоритм теплогидрав;
лического расчета можно представить в виде
блок;схемы, представленной на рис. 4 [7, 8].
Выводы
Методика теплогидравлического расчета поз;
воляет определять значения температур теплоно;
сителя и диаметры различных участков трубо;
проводов, суммарные потери давления по всей
трассе, скорости движения теплоносителя по
трубопроводам. Это, в свою очередь, дает воз;
можность определять затраты энергии в виде
мощности, необходимой для транспортирования
теплоносителя по системе трубопроводов, и выя;
вить внутренние резервы энергии на его прокачку.
Работа выполняется при финансовой поддержке
РГНФ (грант №06&02&00177) и ФАНИ (гос. конт&
ракт № 02.516.11.6025).
ЛИТЕРАТУРА
1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые се;
ти: Учебник для вузов. – 6;е изд., перераб. – М.:
Издательство МЭИ, 1999. – 472 с.
2. Лямин А.А., Скворцов А.А. Проектирование
и расчет конструкций тепловых сетей. – М.:
Стройиздат, 1965. – 295 с.
3. Справочное пособие. Водяные тепловые
сети / Под ред. Н.К. Громова, Е.П. Шубина. М.:
Энергоатомиздат, 1988. – 376 с.
4. Крылов В.И., Бобков В.В., Монастыр&
ский П.И. Вычислительные методы. Т2. – М.:
Наука, 1977. – 400 с.
из из
0
пр.н кан 1 1t t
f
Q
−⎛ ⎞
⎜ ⎟δ = − − λ
⎜ ⎟α α⎝ ⎠
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 55
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
Рис. 3. Блок�схема расчета толщины изоляции
при заданных параметрах теплоносителя на
выходе из трубопровода.
5. СНиП 41&03&2003. Тепловая изоляция обо;
рудования и трубопроводов. Постановление
Госстроя России № 114 от 26.06.2003.
6. СП 41&103&2000. Проектирование тепло;
вой изоляции оборудования и трубопроводов.
Постановление Госстроя России № 81 от
16.08.2000.
7. Даминов А.З. Комплексная методика
расчета многотрубной системы теплоснаб;
жения // Труды Академэнерго. – 2006. – № 1. –
С. 127–131.
8. Даминов А.З. Сценарный подход развития
систем теплоснабжения населенных пунктов //
Труды Академэнерго. – 2007. – № 3. – С. 40–46.
Получено 28.05.2008 г.
56 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
Рис. 4. Блок�схема теплогидравлического расчета
трубопроводов системы теплоснабжения.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60695 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:30:31Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Даминов, А.З. 2014-04-19T07:10:58Z 2014-04-19T07:10:58Z 2009 Моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей / А.З. Даминов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 52-56. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60695 697.34+519 Рассмотрен вопрос математического моделирования теплогидравлических процессов, происходящих в системах трубопроводов тепловых сетей. Получена система алгебраических уравнений для расчета теплогидравлических процессов. Изложена методика теплового расчета трубопроводов тепловых сетей. Розглянуто питання математичного моделювання теплогідравлічних процесів у системах трубопроводів теплових мереж. Одержано систему алгебраїчних рівнянь для розрахунку теплогідравлічних процесів. Подано методику теплового розрахунку трубопроводів теплових мереж. The problem of mathematical modeling of thermohydraulic processes in pipe systems of heat networks is considered. A set of algebraic equations for the calculation of thermohydraulic processes is derived. The thermal design procedure of pipe systems of heat networks is described. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Коммунальная и промышленная теплоэнергетика Моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей Modeling of thermohydraulic processes and procedure for the thermal design of pipe systems of heat networks Article published earlier |
| spellingShingle | Моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей Даминов, А.З. Коммунальная и промышленная теплоэнергетика |
| title | Моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей |
| title_alt | Modeling of thermohydraulic processes and procedure for the thermal design of pipe systems of heat networks |
| title_full | Моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей |
| title_fullStr | Моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей |
| title_full_unstemmed | Моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей |
| title_short | Моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей |
| title_sort | моделирование теплогидравлических процессов и методика теплового расчета трубопроводных систем тепловых сетей |
| topic | Коммунальная и промышленная теплоэнергетика |
| topic_facet | Коммунальная и промышленная теплоэнергетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60695 |
| work_keys_str_mv | AT daminovaz modelirovanieteplogidravličeskihprocessovimetodikateplovogorasčetatruboprovodnyhsistemteplovyhsetei AT daminovaz modelingofthermohydraulicprocessesandprocedureforthethermaldesignofpipesystemsofheatnetworks |