W13. Нестационарный теплообмен в системах теплоснабжения

Автор – В. В. Савенко.  Дата публикации – 13.09.2018.

При описании процессов теплообмена в системах теплоснабжения в большинстве случаев считают их стационарными. Методы описания таких процессов применительно к теплопроводам рассмотрены в [1]. Когда процессы теплообмена явно нестационарны, приходится использовать другие методики для определения нужных параметров. Такие методики, учитывающие нестационарность процессов, в литературе имеются и основаны на аналитических или эмпирических зависимостях. В данной статье рассматривается возможность применения этих методик для расчетов нестационарных процессов в системах теплоснабжения.

Для определения времени прогрева слоев грунта вокруг подземного теплопровода предложена эмпирическая зависимость [2], в которой учитываются диаметр и глубина заложения трубопровода, свойства грунта и другие факторы. По аналогичной формуле можно определить время охлаждения теплоносителя после прекращения его подачи [2]. Зависимости удобны для практического применения, но в них отсутствуют такие важные влияющие факторы, как вид и толщина теплоизоляции, а в зависимость для определения времени прогрева грунта не вошла температура теплоносителя.

Имеются также опытные данные по темпам снижения температуры воздуха в отапливаемом здании в зависимости от температуры наружного воздуха и аккумулирующих свойств здания [3]. Последние установлены для некоторых типовых зданий, что позволяет для этих зданий в случае отключения теплоснабжения оценивать время охлаждения теплоносителя до начала его замерзания. Аналогичные результаты исследований приводят также в виде данных по времени охлаждения воды от 70 0С до нулевой температуры в зависимости от температуры наружного воздуха и диаметра трубопровода [4]. Указанные эмпирические зависимости полезны, но не учитывают целый ряд важных влияющих факторов, что максимально сужает область их применения.

Имеются также различные попытки математического описания нестационарных процессов теплопереноса.

В [5] предлагают зависимость, описывающую процесс охлаждения воды в теплопроводе при отсутствии течения. Похожая зависимость для определения времени охлаждения вещества в трубопроводе приведена в [6]. Анализ этих зависимостей показывает, что они ошибочны, так как получены из стационарных уравнений, в которые не может входить время охлаждения.

В [7] результаты расчетов температурного режима вечномерзлого грунта вокруг подземного теплопровода представлены в виде зависимости в обобщенных переменных, по которой можно рассчитать глубину протаивания грунта под теплопроводом. Использованная методика расчетов в целом представляется корректной, но результаты расчетов вызывают сомнения, причины которых обоснованы.

В [4, 9] взялись за моделирование процессов прерывистого отопления жилых зданий и вывели формулы для определения времени охлаждения теплоносителя в системе отопления и воздуха в здании. Показано, что исходные уравнения и конечные зависимости составлены и получены со множеством неточностей и ошибок, поэтому методика в целом должна быть признана ошибочной.

Рассмотренные варианты описания нестационарных процессов, не отнесенные к ошибочным, в целом можно оценить, как чрезмерно упрощенные. Кроме того, при этом не могут использоваться имеющиеся опытные данные по коэффициентам теплоотдачи, полученные для стационарных процессов. Проведенные исследования показали, что это приводит к недопустимым для практики ошибкам в расчетах [12]. Поэтому получены эмпирические зависимости для определения коэффициентов теплоотдачи в условиях нестационарного теплообмена. Такие зависимости имеются для процессов нагревания газов в трубах, охлаждения газов в трубах, нагревания воды в трубах [12].

Таким образом, из известных методик расчета процессов нестационарного теплообмена в системах теплоснабжения для практического применения можно было бы рекомендовать методику из [12] как наиболее обоснованную и теоретически корректную. Но в этой методике обязательной составной частью являются экспериментальные данные по коэффициенту теплоотдачи в нестационарных условиях. Для систем теплоснабжения такие данные отсутствуют, поэтому названная методика не может быть использована. Остальные рассмотренные методики расценены как чрезмерно упрощенные, ошибочные, не вызывающие доверия или не вполне приемлемые для систем теплоснабжения.

……………….Полный текст

Оставить комментарий

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