книги / Экология. Энергосбережение. Экономика
.pdfниаающихся сред, которыми задаются в начале расчета в предполо жении, что фактические конечные температуры будут соответствовать этим заданным величинам. Однако многолетняя практика эксплуата ции систем показывает, что конечные температуры теплообменивапцихся сред никогда не бывают равны заданным даже при условии абсо лютно правильно и точно проведенного расчета. Применительно к системам вентиляции (т.е. воздухонагревателям) на практике полу чаем, как правило, перегрев воздуха и более высокую температуру обратной воды уже в расчетном режиме. При температуре наружного воздуха, превышающей расчетную, степень перегрева воздуха увели чивается. В результате при отсутствии автоматического регулиро вания температуры притока практически в течение всего отопитель ного периода, с одной стороны, зря расходуется тепло, с другой, - в обратную линию теплофикации возвращается вода с температурой, превышающей нормируемую, что, как известно, грозит потребителю штрафом.
Поскольку значения площади поверхности теплообмена реальных воздухонагревателей представляют собой ряд дискретных величин, в результате расчета подбираются,.как правило, воздухонагрева тели, имеющие известный (до 20 %) запас по поверхности нагрева,
что в процессе эксплуатации систем усугубляет указанные недостатки. Избыточная по отношению к заданной конечная температура теп
лоносителя, соответствующая уменьшению рабочего перепада темпера тур по теплоносителю, свидетельствует о том, что его расход пре вышает величину, необходимую для нагрева воздуха до требуемой температуры. Исходя из этого, метод подбора воздухонагревателей, позволяющий получить желаемые конечные температуры теплообменивающихся сред, должен обеспечить возможность определения искомых величин в зависимости от изменения расхода теплоносителя. Ука занная цель может быть достигнута путем совместного использова ния в ходе расчета температурного коэффициента эффективности теплообменников / 1,2/ и так называемой "регулировочной кривой", характеризующей зависимость теплоотдачи от расхода теплоносителя
/3/.
Коэффициенты эффективности 9(м, 6) , характеризующие от ношение перепадов конечных и начальных температур теплоносителя
( Ъ^н .- |
Ь ш |
) или нагреваемого воздуха ( |
) |
к пе |
|
репаду |
начальных |
температур теплообменивающихся сред ( I |
- |
||
~ |
), |
зависят от двух величин: соотношения водяных эквива- |
|||
лентов теплообменивапцихся сред ( ) и основного теплотехнического показателя теплообменника - комплекса кР . Зависимость формализуется в виде /2/. :
для теплоносителя (греющей среды)
Ьт -Ьт |
{- А.ТпГ-({ - |
|
( I ) |
~ |
и„\ |
|
|
' Ч н |
и$ ехр[ и щ / |
|
|
для воздуха (холодная среда) |
|
|
|
6н — р — |
_ ,____ ______ |
) К^у;____1 _ |
( 2) |
Чн “ Чн |
|
|
|
Так как водяной эквивалент представляет собой произведение весо вого расхода среды на ее удельную теплоемкость ( ), а коэффициент теплопередачи воздухонагревателя определяется, как известно, из выражения
*.= А ( а р ) т с о п , |
(3) |
то очевидно, что величина температурного коэффициента эффектив ности зависит от расхода теплоносителя.
Регулировочная кривая (рис. I), характеризующая взаи мосвязь между изменением расхо да теплоносителя и изменением теплоотдачи воздухонагревателя, едина доя поверхностных тепло обменников всех типов независи мо от их конструктивного испол нения /3/. Б дополнение к трем разнотипным теплообменникам ,по
л , результатам исследования кото-
О 0} |
0,5 т $ |
0,7 М М / / |
V й * СДвЛаВЫ ВЫВ0ДЫ В / У ' были |
|
|
' |
исследованы еще 20 воздухонагре |
|
|
|
вателей с шахматным, коридорным |
Рис. Взаимосвязь между изменен*- |
и смешенным оасположением тггоб |
||
ем расхода теплоносителя и тепло- и смещенным расположением труо |
|||
отдачи воздухонагревателя |
в пучке, со спирально-навивным, |
||
спирально-накатным и пластинчатым оребрением с прямыми и волно образными пластинами (число родов труб по ходу воздуха у раз ных воздухонагревателей I; 2; 3; 4; 6; 8 и 12)* Результаты этих исследований подтвердили правомерность использования единой регулировочной кривой, для теплообменников любого типа. При рас чете теплообменников может быть использована и аналитическая зависимость, аппроксимирующая кривую,
Цель предлагаемого ниже метода расчета воздухонагревателей - определить с помощью зависимостей (I) - (4) расчетный расход теп лоносителя, который обеспечит в расчетном режиме соответствие фактических конечных температур теплообменивающихся сред требуе мым. При отсутствии автоматического регулирования температуры притока в режимах, отличных от расчетного (т.е. при ^пар^иар^'
воздух в теплообменнике будет перегреваться, однако степень его перегрева будет значительно меньше, чем в воздухонагревателях, рассчитанных по традиционному методу /4/,
Поскольку заложенные в основу метода зависимости (I) и (2) учитывают влияние на величину конечных температур как расхода теплоносителя, так и величины поверхности нагрева, неизбежный запас последней может коррегироваться уменьшением расчетного расхода теплоносителя. Следует, однако, учесть, что если между величиной поверхности нагрева и количеством отданной теплоты существует линейная зависимость, то даже весьма существенное (порядка 40 к примеру) снижение расхода теплоносителя приво дит к незначительному (примерно на 10 %) уменьшению теплоотдачи (см. рисунок). Поэтому при подборе воздухонагревателей следует стремиться к минимизации запаса по поверхности нагрева, в идеале этот запас должен быть равен нулю.
Пример. В системе вентиляции требуется нагреть 15000 Мэ/ч от расчетной наружной температуры - -35^ до -
= +18,0°С. Теплоносителем служит горячая вода с температурой - 100^0; допустимая температура обратной воды ТО^С.
Необходимо подобрать воздухоохладитель и определить расход теплоносителя в расчетном режиме.
I.Вычисляем водяной эквивалент расхода воздуха и количест
во теплоты, необходимое для его нагрева: 143
Ы6 = с |
= 15000* 1,2.• 1,0 = |
#000 кДж/(град-ъ) г |
|||||||
йт^ |
^ 6с6 (Ьтре5- 1 нааСрр |
) = т О О ( И * 55)=954000ф с/(гроЗ-г) . |
|||||||
|
2. |
|
Определяем ориентировочный расход теплоносителя и его |
||||||
водяной эквивалент: |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
_______ аУ |
= |
«*ооо |
= т 9 Ш г |
|||
|
|
|
и * н - * н х ) С „ |
(100-.70) ■4,19 |
р / |
' |
|||
|
|
= |
#^0^ = 7^52 •4,19= 31800 кДж/(грод-ъ)=8835вт/град. |
||||||
|
3. Учитывая, что массовая скорость воздуха в фронтальном |
||||||||
сечении воздухонагревателя должна лежать в пределах |
5 ... |
||||||||
...7 кг/(с»м2), подбираем два воздухонагревателя КСк4 # 8, уста |
|||||||||
навливаемые параллельно по воздуху и теплоносителю с параметра |
|||||||||
ми Р = 25,52 м2: / ^ * 0,392 м2 : /ж |
* 0,001112 м2 ; |
к * |
|||||||
25,50( Ир |
. )°»496а> 0,16‘Вт/(м |
•град) • |
|
|
|||||
|
4. Определяем массовую скорость воздуха и теплоносителя и |
||||||||
вычисляем коэффициент теплопередачи: |
|
|
|
||||||
ш |
- |
|
<*М |
ШО ■1,2 |
6,5! кг/'Сс. мг) |
, |
|||
|
|
5600 |
-Рф |
2 ■0,592 |
|
|
|
||
10 |
|
|
О |
|
Ю3 '(2 |
75895 |
|
0,915 М/с> |
|
~рм•/* • 5600 = |
0,001112)•5600 = |
||||||||
к= 25,5(6,5!]Р’Ш(о,955)0’16 = 65,44 6т((м!-гр)
5.По правой части уравнения (2) вычисляем коэффициент тем пературной эффективности теплообменника по потоку воздуха:
Ч , |
_ |
51600 |
1,77 |
кб |
63,44-(2-25,52) _ „ , р р |
|
Ч |
“ |
1М00 = |
Ыу |
1155 |
|
|
$ |
‘ |
|
1 - е х р [-(1 - 1 ,7 7 ) |
■0,5661 |
0,427 |
|
1,77- ! - 1,17ехр[-(1-1,17) ■0,566 ] |
||||||
6. |
Определяем конечную температуру воздуха, используя левую |
|||||
часть уравнения (2):
Ч > Г ь1х * 8^ 1 »Н ' * & с ) = - м * 0 М К т * ю = п ,в т с .
7. Поскольку полученная конечная температура воздуха вше требуемой, определяем фактическое количество теплоты, отдавае мое при принятом расходе теплоносителя Мерок9, кг/ч:
О-рак = № 000-02,67 * 35) = 1033060 кДж/г .
8. Находим соотношение требуемого и фактического количест ва отдаваемой теплоты и по регулировочной кривой (см, рисунок) определяем требуемую степень снижения расхода теплоносителя:
при Оп
а<р
954000 |
„ п .п |
г |
|
-----=— |
= 0,919 , |
- У2 _ - п$7 |
|
1033060 |
|
о |
4 ’ |
Г
|
О' |
ш0,67-7632 « 5113 кг/ч. |
||
9, |
Задаемся новым расходом теплоносителя 6^* 5200 кг/ч |
|||
и повторяем расчет по пп. 4-6, в результате чего получаем 8$» |
||||
• 0,39 |
и Ь^кж |
и заканчиваем расчет, считая, что Ьдк « |
||
Ю . |
Используя уравнение (I), проверяем конечную температуру |
|||
теплоносителя: |
|
т о |
|
|
|
|
= 059- |
* олиу |
|
|
|
51800 |
||
|
I пгК= 100 - |
0,221 (100 |
* 35) = |
29,З Х < 70°С, |
т.е. второе условие расчета также выполняется* Следует отметить, что приведенную регулировочную кривую
можно использовать и тогда, когда в результате I стадии расче
та получаем |
йфдк < ®тресГ |
• ® этом случав шесто &тр/$ср |
|||
определяем величину йср/Ою |
, затем по графику находш |
||||
Г. /П- |
.. |
п и м . . » , |
Г |
Л • |
П .и у л п л у г |
|
и |
вычисляем |
Ст = От* О |
. Однако расход теп- |
|
|
|
|
|
У |
|
лоносителя целесообразно увеличивать липь до тех пор, пока его скорость в живом сечении воздухонагревателя не превысит 1,5 м/с. При СО> 1,5 м/с следует или менять схему обвязки воздухонагре вателя, или сам воздухонагреватель.
Поскольку предложенный метод расчета позволяет учесть вли яние на конечные параметры различных факторов (количество теп-
145
доносителя, его начальной температуры, расхода и начальной тем» пературы воздуха, величины поверхности нагрева У, тр. в отличие от традиционного метода 1%) , он может быть использован нё толь ко для подбора воздухонагревателей в расчетном режиме, но и для анализа изменения конечных параметров в течение отопительного сезона. Помимо этого, метод позволяет решить и конкретные зада чи: определить требуемый расход теплоносителя при переводе действущей системы на другой источник .питания» что связано с из менением начальной температуры последнего; определить требуемую
начальную температуру теплоносителя при необходимости (во избежа ние замерзания воздухонагревателей) поддерживать постоянство ми нимально допустимого, расхода теплоносителя; скорректировать рас ход теплоносителя при изменении расхода воздуха в действующей системе или изменении требований, к его температуре.
Предлагаемый метод расчета поверхностных теплообменников позволяет уже на стадии проектирования систем определить дейст вительные конечные параметры теплообменивающихся сред, а также проанализировать изменение конечных параметров как в течение отопительного сезона, так и при изменении расхода теплоносителя.
При расчете и подборе воздухонагревателей следует стремить ся к минимизации запаса по поверхности нагрева и достижению тре буемых параметров путем соответствующего подбора расхода теплоно сителя в расчетном режиме.
Нулевой запас по поверхности нагрева позволяет сэкономить металл и облегчает регулирование теплоотдачи поверхностных теп лообменников в процессе их эксплуатации.
Библиографический .список
1. Богословский В.Н., Поз М.Я. Теплофизика аппаратов утили зации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционирования воз духа. М.: Стройиздат, 1963. 320 с.
2.Михеев И.А., Михеева И.Ы. Основы теплопередачи. М.: Энер гия, 1973. 315 с.
3.Неймарк Л.И. График количественного, регулирования тепло обменника комнатного кондиционера // Водоснабжение и санитарная техника. 1967. У 5.
4.Справочник проектировщика. Вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: Стройиздат, 1977. 502 с..
5. Справочник проектировщика. Отопление, водопровод, канали зация. М.: Стройиздат, 1975. 429 с.
Получено 20,01.94
У Д О 696.15:07.14
В.И. КУКЕС
(НИИ охраны труда, г. Санкт-Петербург)
ОТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕЕКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ ХАРАКТЕРИСТИК ТУРБУЛЕНТНОСТИ
ВНЕИ30ТЕР1МЧЕСКИХ СТРУЯХ
Приведены результаты расчета по грешностей измерения характвристик турбулентности в неиэотермических струях с помощью термоанемометра по упрощенной методике.
В системах вентиляции и кондиционирования широко использу ется подача воздуха турбулентными неизотермическими струями IV»
Данные о структуре неизотермических турбулентных.течений в помещениях необходимы для совершенствования методов расчета воздухообмена и воздухораспределения.
Наиболее распространенными приборами для измерения харак теристик турбулентности являются термоанемометры с нагретой нитью. Однако расшифровка показаний термоанемометра в неизотер мическом потбке связана с использованием специальной аппаратуры и достаточно громоздких методов обработки сигнала /1,3/. В ряде случаев, когда перепады температур в потоке сравнительно малы, можно использовать упрощенную методику, пренебрегая влиянием тем пературы на показания термоанемометра.
Оценим погрешности измерения средней скорости и интенсивнос ти турбулентности по упрощенной методике. Известно /I/, что урав нение теплового баланса нити териоанемометра постоянной темпе ратуры имеет вид
Е1= ( А * В Ч п)(.Ти - Т,), (I)
где В - выходное напряжение термоанемометра; скорость;
ТН} Тд - температуры нити и воздуха соответственно; Л, В - эмпирические постоянные.
Согласно уравнению (I) и предположению о малости турбулент ный пульсаций соотношения для средних величин и пульсаций можно записать в следующем веде:
**= (А * ВМЛ)(.ТН - Т( ) |
> |
(2) |
|||
Е' |
V' |
|
П |
’ |
(3) |
в = 3 У |
у |
* 8т~гГто |
|
||
где |
|
|
|
|
|
В ? * |
|
С _ |
Т6 - То |
|
|
&^ =~ г ' м т |
5 |
г ‘ - |
2(тн -ъ~) |
|
|
Черта над символами означает осреднение по времени» штрихами от мечены цульсационные составляющие величин.
При использовании упрощенной методики измерения средней ркорости градуировка термоанемометра выполняется при температуре воз
духа |
а измерения проводятся при температуре |
. |
|
|
Используя соотношение (2), нетрудно показать» что .относитель |
||
ная погрешность измерения средней скорости зависит от |
Ту , 7 ^ |
||
и Тн |
: |
|
|
|
ДУ в _±____ |
ТВ2 - Тв1 |
( 4 ) |
?Ч ТИ ~ Ти
Видно, что погрешность измерения уменьшается с увеличением температуры нити и уменьшением разности температур при градуиров ке и измерениях.
По данным экспериментальных исследований» выполненных с помощью термоанемометра фирмы ДТЗА , коэффициент чувствитель
ности $у слабо зависит от |
7)Уи |
7# , и можно принять» что |
|
$У- 0,15. При |
Ту■ 900 К |
и 7д |
« 300 К погрешность не превыша |
ет 10 %, если |
< 10 К. |
|
|
Оценим погрешность измерения пульсаций скорости при прене брежении влиянием пульсаций температуры на выходной сигнал термо анемометра. Из (2) следует
л |
Зт |
(5) |
|
&
Учитывая, что уменьшается с увеличением температуры нити и с уменьшением температуры потока, а 8у слабо зависит от температур 7^ и Т$ , можно сделать вывод, что погрешность измерения пульсаций скорости по упрощенной методике уменьшает
ся с ростом перегрева нити. |
|
|
||
Для приближенного расчета можно принять |
л 0,15, |
|||
X |
~ |
■ , |
Та |
* 900 К. |
V |
|
п - ъ ’ |
|
|
В этом случае получается, что относительная погрешность изме рения пульсаций скорости не превыпает 10 %%если нагрев струи достаточно мал: -Т0 < 18 К.
Выполненный анализ показывает, что при малых нагревах струи целесообразно использовать упрощенную методику измерения скорос ти и интенсивности турбулентности, причем погрешности измерений уменьшаются с ростом температуры-нити-термоанемометра.
Библиографический список
1.Генкин А.Л. , Кукес В.И., Ярин Л.11. Термоанемометрия газо вых потоков. М.: Машиностроение, 1963. 196 с.
2.Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях. М.: Стройиэдат, 1962. 164 с.
В.Хинца И.О. Турбулентность / Пер. с англ. М.: Физматгиз,
1963. 680 с,
Получено 20.01.94
УДК 622.691.4.001.24:681.3.06
В.А. ОЛЕПЕВ
(Пермский государственный технический университет)
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРУЕМЫХ ГАЗОВЫХ СЕТЕЙ
с помощи) пэвм
Рассмотрена программа "Надежда" для оптимизационного расчета газовых се тей низкого давления любой заданной геометрической структуры с помощью персональных компьютеров. Использо вание программы обеспечивает снижение металло- и капиталовложений в проекти
руемые газовые сети.
149
Газораспределительные сети являются наиболее капиталоемким элементом систем газоснабжения! составляющим до 70...80 %их об щей стоимости и требующими больших расходов одного из наиболее дефицитных видов проката - металлических труб. Поэтому оптималь ное проектирование газовых сетей может стать важным резервом сни жения затрат металла и денежных средств.
Оптимизация проектируемых газовых сетей с заданной геометри ческой структурой и известным потокораспределением достигается за счет целенаправленного распределения расчетного перепада дав ления газа между участками сети и последующего выбора соответст вующих диаметров газопроводов. Согласно нормативным указаниям
/7/, именно так и следует выполнять гидравлические расчеты газо вых сетей. Однако применение этого метода при ручном счете трудо емко, а использование ЭВМ часто осложняется отсутствием доступных программ (особенно для стремительно возрастающего парка современ ных ЭВМ - персональных компьютеров).
Нами разработана программа "Надежда" для оптимизационного расчета газовых сетей низкого давления с помощью персональных ЭВМ /5/, Используемый в ней алгоритм характеризуется следующими основными особенностями*
Прежде всего, он учитывает действительные толщины стенок газопроводов различного диаметра (для сортамента распределитель ных газопроводов от 3 до 9 мм). В работах многих авторов / 1,8 и др./ это по-прежнему игнорируется (толщина стенки труб условно
принимается одинаковой для всех участков сети), что не позволяет выявить действительно наивыгоднейший по металловложениям (и капи таловложениям) вариант проектируемой газовой сети. Используемое в данном алгоритме уточненное условие экономичности газовых сетей /6/ обеспечивает более "глубокую" их оптимизацию.
Учитывая, что выбираемые при расчете стандартные диаметры труб являются дискретными величинами и часто не совпадают с вы численными оптимальными диаметрами газопроводов, алгоритм преду сматривает соответствующую коррекцию найденных ранее располагае мых перепадов давления газа по участкам сети.
В отличие от общеизвестного метода гидравлической увязки газовых сетей Лобачева - Кросса, предлагаемый.алгоритм программы основан на методе увязки узловых давлений /3/ , который характери зуется значительной простотой и позволяет быстро находить действи тельное потокораспределение в сети и давление газа во всех ее уз лах.