Моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями
Разработана методика моделирования тепловых процессов, которая учитывает лучисто – конвективный теплообмен в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями. Розроблена методика моделювання теплових процесів, яка враховує променево – конвективний теплообмін в приміщенні, яке обігрівається...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2004 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2004
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61588 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями / А.М. Семернин, С.Д. Семернина, А.А. Левченко // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 76-79. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859594867004407808 |
|---|---|
| author | Семернин, А.М. Семернина, С.Д. Левченко, А.А. |
| author_facet | Семернин, А.М. Семернина, С.Д. Левченко, А.А. |
| citation_txt | Моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями / А.М. Семернин, С.Д. Семернина, А.А. Левченко // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 76-79. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Разработана методика моделирования тепловых процессов, которая учитывает лучисто – конвективный теплообмен в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями.
Розроблена методика моделювання теплових процесів, яка враховує променево – конвективний теплообмін в приміщенні, яке обігрівається газовими трубчатими нагрівачами.
Method of modeling of thermal processes which take account of radiantly – convection heat exchange in building heated by gas tube heaters is developed.
|
| first_indexed | 2025-11-27T19:37:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
Тепло- и массообменные процессы
УДК 31.05.2001
СЕМЕРНИН А.М., СЕМЕРНИНА С.Д., ЛЕВЧЕНКО А.А.
Институт газа НАН Украины
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
В ПОМЕЩЕНИИ, ОБОГРЕВАЕМОМ ГАЗОВЫМИ
ТРУБЧАТЫМИ НАГРЕВАТЕЛЯМИ
Розроблена методика моделювання
теплових процесів, яка враховує проме-
нево – конвективний теплообмін в при-
міщенні, яке обігрівається газовими тру-
бчатими нагрівачами.
Разработана методика моделирования
тепловых процессов, которая учитывает
лучисто – конвективный теплообмен в по-
мещении, обогреваемом газовыми трубча-
тыми нагревателями.
Method of modeling of thermal
processes which take account of radi-
antly – convection heat exchange in
building heated by gas tube heaters is
developed.
С − теплоемкость, Дж/кг⋅°С;
F – площадь, м2;
G – расход, м3/с;
N – количество зон в модели, ед.;
Q – тепловой поток, Вт;
q – плотность теплового потока, Вт/м2;
R – сопротивление теплопередачи, м2·°С/Вт;
r – количество зон с заданной температурой, ед.;
t – температура, °С;
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·К;
ε – степень черноты;
σ – коэффициент излучения, Вт/м2·К4;
τ – температура элемента;
φ – коэффициент облученности.
Индексы:
L – воздух,
R – радиационный,
П – помещение.
Введение
Институт газа НАНУ разработал энергосбе-
регающую экологически чистую систему лучи-
стого обогрева промышленных помещений[1], ко-
торая предусматривает использование газовых
трубчатых низкотемпературных (“темных”) ра-
диационных нагревателей нового поколения кон-
струкции Института газа НАНУ [2].
В настоящее время энергосберегающая эколо-
гически чистая система лучистого обогрева явля-
ется единственной системой, позволяющей с вы-
сокой эффективностью обогревать производствен-
ные помещения, высота которых превышает 6 м.
По сравнению с традиционными конвективны-
ми системами отопления (водяными, воздушными
и др.) с энергетической точки зрения созданная
система имеет многочисленные преимущества:
лучистая энергия концентрируется в нижней (тех-
нологической) зоне помещения, уменьшается рас-
ход теплоты на бесполезный нагрев верхней зоны
помещения, обеспечивается тепловой и физиоло-
гический комфорт в рабочей зоне при снижении
средней температуры воздуха в помещении на
5…6 °С.
Цели исследования
При отоплении излучением тепловая обстанов-
ка в помещении определяется с одной стороны
параметрами воздуха – его температурой tL, под-
вижностью v, относительной влажностью, а с дру-
гой – радиационной температурой tR, зависящей
от размещения и температуры окружающих по-
верхностей. Для систем обогрева излучением ос-
новным показателем комфорта является темпера-
тура помещения
tП = (tL + tR) / 2. (1)
Радиационная температура определяется как
средняя температура внутренних поверхностей
помещения, вычисленная относительно человека,
находящегося в центре помещения:
76 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
Тепло- и массообменные процессы
tR = ΣφR-i· τi (2)
где φR-i – угловой коэффициент, облученности от
окружающих поверхностей, имеющих темпе-
ратуру τi.
При проектировании системы радиационного
обогрева требуется определить общее теплопо-
требление системы, количество нагревателей, вы-
соту их подвеса над полом и координаты разме-
щения в плоскости подвеса таким образом, чтобы
обеспечить требуемую температуру восприятия,
равномерность ее распределения, не допуская
превышения физиологически допустимого уровня
облученности на рабочих местах.
Для обеспечения комфортного уровня облу-
ченности на рабочих местах при проектировании
необходимо учитывать много факторов, в частно-
сти, мощность и размеры нагревателей, распреде-
ление плотности тепловых потоков на их рабочей
поверхности, а также характеристики помещения
− его размеры, теплоизоляционные свойства ог-
раждений и распределение температуры на их
внутренних поверхностях, расположение техноло-
гических зон, интенсивность воздухообмена и
конструктивные возможности помещения для вы-
бора высоты подвеса нагревателей и др.
Учитывая сложный характер теплообмена в
помещении при лучистом обогреве, зависимость
показателей комфорта от большого количества
геометрических и физических параметров, зави-
симость от температуры коэффициентов теплооб-
мена качественное проектирование систем лучи-
стого обогрева производственных помещений га-
зовыми трубчатыми нагревателями может выпол-
няться на основе математического моделирования
тепловых процессов в системе.
Методы исследования
Рассматривается методика и результаты мате-
матического моделирования системы лучистого
обогрева помещений с использованием газовых
трубчатых нагревателей. Методика основана на
учете основных механизмов теплообмена внутри
помещения, на наружных поверхностях его огра-
ждений, а также между излучающим корпусом и
рефлектором нагревателя и средой в помещении.
Моделирование теплообмена в нагревателе по-
зволяет определить плотность теплового потока
от нагревателя в зависимости от расхода газа,
геометрических размеров его излучающих по-
верхностей, конструктивных и физических харак-
теристик отражательного экрана, температуры и
подвижности окружающего воздуха и др. При оп-
ределении теплового потока от нагревателя в ка-
честве расчетной излучающей поверхности при-
нимается условная поверхность, «замыкающая»
конструкцию нагревателя снизу.
Теплообмен внутри помещения является лу-
чистоконвективным со значительным преоблада-
нием лучистой составляющей, а потери теплоты
помещением в окружающую среду определяются
теплопередачей через ограждения и уносом теп-
лоты при воздухообмене. Теплообмен описывает-
ся системой уравнений теплового баланса для ог-
раждений, радиационных нагревателей и приточ-
ного воздуха.
Для каждой внутренней поверхности огражде-
ния тепловой баланс в установившемся режиме
представляется соотношениями:
QHi = QRi + QKi (3)
QHi = (τ∫
iF
dFi - tH)/Roi dFi, I = 1,...,N, (4)
QKi = α∫
iF
KdFi (tL - τdFi) dFi, (5)
QEi = σ∫
iF
0 εdFi (TdFi)4 dFi +
+∑
j
∫
jF
∫
iF
(1 - εdFi) φdFji –
- dFi QEdFj dFj dFi (6)
QRi =∑
j
∫
jF
∫
iF
φdFji - dFiεdFi QEdFj dFj dFi-
- σ∫
iF
oεdFi (TdFi)4 dFi (7)
Здесь QHi – тепловой поток от внутренней по-
верхности ограждения к наружному воздуху, ко-
торый имеет температуру tN; QKi, QRi, QEi – соот-
ветственно конвективный, результирующий и эф-
фективный лучистый поток на і-й поверхности; Fi
– площадь i-ой поверхности, τdFi − температура
элемента i-ой поверхности; Roi – неполное сопро-
тивление теплопередаче ограждения (без сопро-
тивления на внутренней поверхности).
Тепловой баланс для приточного воздуха:
GПрс (tL - tПр) = ∑
=1i
∫
iF
αKdFi (τdFi - tПр) dFi,
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 77
Тепло- и массообменные процессы
(tПр < tL). (8)
GПр– расход приточного воздуха, кг/с; tПр − тем-
пература приточного воздуха.
Для расчета теплообмена в помещении исполь-
зован зональный метод при следующих допуще-
ниях:
- поверхности, участвующие в теплообмене,
диффузно серые;
- воздух в помещении прозрачен для инфра-
красного излучения нагревателей;
- лучистая и конвективная компоненты тепло-
обмена на поверхностях определяются независи-
мо друг от друга;
- каждая из поверхностей ограждений может
быть разделена на изотермические зоны.
На основе принятых допущений создается зо-
нальная модель помещения и система интеграль-
ных уравнений (3-8) ограждения заменяется сис-
темой алгебраических уравнений относительно
плотностей тепловых потоков для каждой зоны.
При этом уравнения конвективного теплообме-
на и теплопередачи в зонах преобразуются к виду:
qHi = qRi + qKi, (9)
qHi = (τi - tH)/Roi, (10)
qKi = αKi(tL - τi), (11)
GПрс(tL - tПр) = α∑
=1i
Ki (τi - tПр)Fi,
(tПр < tL), i = 1,...N, (12)
а соотношения, связывающие плотности эффек-
тивных и результирующих лучистых тепловых
потоков в зоне имеют вид:
qEi = σoεiTi
4 + (1 - εi) φ∑
=
N
j 1
jiqEj, і = 1,..., r, (13)
qEi = qRi + ∑ φ
=
N
j 1
ji qEj, i = r + 1, r + 2,..., N (14)
Здесь N – общее количество зон в зональной
модели помещения; r – количество зон с заданной
температурой.
При создании геометрической зональной моде-
ли помещения внутренние поверхности делятся на
произвольное число зон, что позволяет включить
в зональный расчет поверхности окон, ворот, из-
лучающие поверхности нагревателей. При деле-
нии на зоны поверхности пола учитывается раз-
личие термического сопротивления его отдельных
участков и необходимость проверки условий
комфортности
Условные излучающие поверхности нагревате-
лей в зональной модели помещения выделяются в
отдельные зоны. Определение средней плотности
излучения на этих поверхностях осуществляется
зональным методом в условно замкнутой системе:
корпус – рефлектор нагревателя – условная излу-
чающая поверхность.
Важным моментом при зональном расчете яв-
ляется вычисление коэффициентов облученности,
которое в данном случае выполняется алгебраиче-
скими и численными методами.
Коэффициенты теплообмена в уравнениях теп-
лового баланса определяются в зависимости от
общей подвижности воздуха, расположения по-
верхностей (вертикальная, горизонтальная), тем-
пературы поверхностей и воздуха.
Модельные расчеты выполняются итерацион-
ным способом с использованием разработанного
программного комплекса, содержащего базу дан-
ных, модули расчета по математическим моделям
тепловых процессов и модули задействованных
численных методов.
Основные этапы модельных расчетов состоят в
следующем.
1. Определяется приближенная величина об-
щих тепловых потерь помещением в окружаю-
щую среду при заданной нормативной температу-
ре окружающей среды и воздуха в помещении.
2. На основе вычисленных тепловых потерь
помещением, номинальной мощности и КПД на-
гревателей определяется первое приближение для
количества нагревателей в системе обогрева.
3. Задается приближенное значение высоты
подвеса нагревателей и определяются координаты
расположения нагревателей в плоскости подвеса.
4. Определяется плотность теплового потока от
излучающей поверхности нагревателей зональ-
ным методом.
5. Создается зональная модель помещения и
определяется матрица угловых коэффициентов.
6. Рассчитывается зональным методом тепло-
обмен в помещении.
Расчет теплообмена выполняется для опреде-
ленного раньше количества и расположения на-
гревателей, расхода газа на нагреватель. Результа-
ты расчета позволяют на каждом шаге итерации
78 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
Тепло- и массообменные процессы
проверять выполнение условий комфортности и
принимать решение относительно количества и
размещения нагревателей, исходя из вычисленных
показателей облученности рабочих мест и темпе-
ратуры восприятия, а не на основании общих по-
терь теплоты помещением при заданной его тем-
пературе.
Рис. 1. Влияние степени черноты отража-
тельного экрана нагревателя на плотность
теплового потока от нагревателя.
Рис. 2. Средняя интенсивность облученности участка
(100 м2) под нагревателем в зависимости от высоты
размещения нагревателя: 1 - на уровне роста человека;
2 - на уровне пола помещения.
Рис. 3. Поле относительной (в процентах)
облученности пола помещения четырьмя
нагревателями.
Если условия комфортности на текущем шаге
расчета не удовлетворяются, то изменяются (в за-
висимости от ситуации) либо параметры установ-
ки нагревателей – высота подвеса или расстоянии
между ними, либо количество нагревателей или
их рабочая тепловая мощность, и процесс расчета
продолжается.
При выполнении условий комфортности фор-
мируется файл результатов расчета, содержащий
рассчитанную установочную тепловую мощность
системы лучистого обогрева, количество нагрева-
телей и параметры их размещения, средний уро-
вень и показатель равномерности облучения на
уровне пола и высоты роста человека в помеще-
нии или на отдельных технологических участках,
температуру воздуха и поверхностей ограждений
и др.
Обсуждение результатов
Некоторые результаты моделирования тепло-
обмена в помещении при лучистом обогреве с ис-
пользованием газовых трубчатых нагревателей
тепловой мощностью 35 кВт показаны на рис. 1-3.
Выводы
Разработанная методика и программное обес-
печение могут быть использованы для теплового
расчета и проектирования систем радиационного
обогрева производственных помещений с приме-
нением газовых трубчатых нагревателей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Семернин А.М., Семернина С.Д., Левченко А.А.,
Кузьмич А.М. Энергосберегающие технологии
для отопления производственных помещений//
Пром. теплотехника.- 2004.- Т. 26.- № 3.- С.76-
79.
2. Патент Укр. №42065 М. кл. F23C 3/00, F23D
14/12, F24C 3/02 “Газовий радіаційний нагрів-
ник для опалення приміщень” від 15.10.2001 р.
Семернін О.М. та інш.
Получено 25.10.2004 г.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 79
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61588 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T19:37:30Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Семернин, А.М. Семернина, С.Д. Левченко, А.А. 2014-05-08T07:07:50Z 2014-05-08T07:07:50Z 2004 Моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями / А.М. Семернин, С.Д. Семернина, А.А. Левченко // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 76-79. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61588 31.05.2001 Разработана методика моделирования тепловых процессов, которая учитывает лучисто – конвективный теплообмен в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями. Розроблена методика моделювання теплових процесів, яка враховує променево – конвективний теплообмін в приміщенні, яке обігрівається газовими трубчатими нагрівачами. Method of modeling of thermal processes which take account of radiantly – convection heat exchange in building heated by gas tube heaters is developed. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями Modelling of thermal processes in apartment heated by gas tube heaters Article published earlier |
| spellingShingle | Моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями Семернин, А.М. Семернина, С.Д. Левченко, А.А. Тепло- и массообменные процессы |
| title | Моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями |
| title_alt | Modelling of thermal processes in apartment heated by gas tube heaters |
| title_full | Моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями |
| title_fullStr | Моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями |
| title_full_unstemmed | Моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями |
| title_short | Моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями |
| title_sort | моделирование тепловых процессов в помещении, обогреваемом газовыми трубчатыми нагревателями |
| topic | Тепло- и массообменные процессы |
| topic_facet | Тепло- и массообменные процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61588 |
| work_keys_str_mv | AT semerninam modelirovanieteplovyhprocessovvpomeŝeniiobogrevaemomgazovymitrubčatyminagrevatelâmi AT semerninasd modelirovanieteplovyhprocessovvpomeŝeniiobogrevaemomgazovymitrubčatyminagrevatelâmi AT levčenkoaa modelirovanieteplovyhprocessovvpomeŝeniiobogrevaemomgazovymitrubčatyminagrevatelâmi AT semerninam modellingofthermalprocessesinapartmentheatedbygastubeheaters AT semerninasd modellingofthermalprocessesinapartmentheatedbygastubeheaters AT levčenkoaa modellingofthermalprocessesinapartmentheatedbygastubeheaters |