0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коэффициент теплоотдачи от кирпича воздуху

Коэффициент теплопроводности кирпичной кладки

Характеристики теплопроводности разных видов кирпича

Для этих целей целесообразно увеличить количество щелевых пустот за счет уменьшения их ширины с перекрытием сквозных теплопроводных керамических диафрагм, повысить пористость черепка.

Информация о теплотехнических свойствах кладок позволяет и заказчику выбирать устраивающую его продукцию или ставить перед заводом вопрос о выпуске кирпича с уменьшенными размерами пустот и повышенными теплозащитными свойствами. Дополнительные затраты заказчика на освоение производства пустотелого кирпича или камня с улучшенными теплотехническими свойствами окупятся при строительстве за счет снижения расхода цемента до кг на один кубический метр кладки стены.

Сложившаяся практика возведения стен из пустотелого теплоэффективного камня и кирпича по той же технологии, что и из полнотелого, снижала конкурентоспособность огнестойкого долговечного конструкционно-теплоизоляционного стенового и лицевого кирпича и камня по сравнению с заведомо худшими материалами в решении проблемы энергосбережения и повышения долговечности наружных стен. В новый стандарт введено требование, устанавливающее для лицевых керамических кирпичей марку по морозостойкости не ниже Р Такое повышение вызвано качественным изменением физических процессов в наружных стенах с повышенным уровнем теплоизоляции, что привело к большему количеству циклов перехода наружной температуры через 0 o С в облицовочном слое, приводящих к преждевременному разрушению наружных стен.

Для определения морозостойкости кирпича принят метод объемного замораживания, более жесткий по сравнению с методом одностороннего замораживания.

Что такое теплопроводность?

Одним из весомых свойств является все же теплопроводность кирпича (Т) – возможность пропускать тепло через себя, несмотря на разную температуру. Она указывает на то, до какой степени кирпичная стена теплая, каким образом этот материал способен проводить и передавать тепло.

Керамические изделия используют при возведении несущих стен, перегородок между комнатами, облицовочные – дают возможность придать дому и прилегающему к нему забору аккуратный и достойный вид, презентабельность, создают неповторимый стиль, а также увеличивают тепло в доме. При выборе стройматериала для постройки перекрытий, стен и полов именно такие факторы являются самыми важными.

На вопрос: «Каким же образом определить величину тепловой характеристики?», отвечают эксперты с богатым и длительным опытом работы. Они авторитетно настаивают на том, что многочисленные виды кирпичной кладки детально исследовались в лабораторных условиях. В соответствии с полученными данными выставлен определенный коэффициент теплопроводности кирпича.

Показатели указывают на различные температуры, поскольку тепловая энергия имеет способность постепенного перехода из горячего состояния в холодное. При довольно высокой температуре этот процесс можно увидеть открыто. Высокоинтенсивная передача тепла обусловлена градациями в температуре.

Исходные данные

1. Климат местности и микроклимат помещения

Район строительства: г. Нижний Новгород.

Назначение здания: жилое .

Расчетная относительная влажность внутреннего воздуха из условия не выпадения конденсата на внутренних поверхностях наружных ограждений равна — 55% (СНиП 23-02-2003 п.4.3. табл.1 для нормального влажностного режима).

Оптимальная температура воздуха в жилой комнате в холодный период года tint= 20°С (ГОСТ 30494-96 табл.1).

Расчетная температура наружного воздуха text, определяемая по температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 = -31°С (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 5);

Продолжительность отопительного периода со средней суточной температурой наружного воздуха 8°С равна zht = 215 сут (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 11);

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tht = -4,1°С (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 12).

2. Конструкция стены

Стена состоит из следующих слоев:

  • Кирпич декоративный (бессер) толщиной 90 мм;
  • утеплитель (минераловатная плита), на рисунке его толщина обозначена знаком «Х», так как она будет найдена в процессе расчета;
  • силикатный кирпич толщиной 250 мм;
  • штукатурка (сложный раствор), дополнительный слой для получения более объективной картины, так как его влияние минимально, но есть.

3. Теплофизические характеристики материалов

Значения характеристик материалов сведены в таблицу.

Примечание (*): Данные характеристики можно также найти у производителей теплоизоляционных материалов.

Расчет

4. Определение толщины утеплителя

Для расчета толщины теплоизоляционного слоя необходимо определить сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции исходя из требований санитарных норм и энергосбережения.

4.1. Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

Определение градусо-суток отопительного периода по п.5.3 СНиП 23-02-2003:

Примечание: также градусо-сутки имеют обозначение — ГСОП.

Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче следует принимать не менее нормируемых значений, определяемых по СНИП 23-02-2003 (табл.4) в зависимости от градусо-суток района строительства:

Rreq= a×Dd + b = 0,00035 × 5182 + 1,4 = 3,214м 2 × °С/Вт ,

где: Dd — градусо-сутки отопительного периода в Нижнем Новгороде,

a и b — коэффициенты, принимаемые по таблице 4 (если СНиП 23-02-2003) или по таблице 3 (если СП 50.13330.2012) для стен жилого здания (столбец 3).

4.1. Определение нормы тепловой защиты по условию санитарии

В нашем случае рассматривается в качестве примера, так как данный показатель рассчитывается для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м 3 и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных).

Определение нормативного (максимально допустимого) сопротивления теплопередаче по условию санитарии (формула 3 СНиП 23-02-2003):

где: n = 1 — коэффициент, принятый по таблице 6 [1] для наружной стены;

tint = 20°С — значение из исходных данных;

text = -31°С — значение из исходных данных;

Δtn = 4°С — нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 5 [1] в данном случае для наружных стен жилых зданий;

αint = 8,7 Вт/(м 2 ×°С) — коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 7 [1] для наружных стен.

4.3. Норма тепловой защиты

Из приведенных выше вычислений за требуемое сопротивление теплопередачи выбираем Rreq из условия энергосбережения и обозначаем его теперь Rтр0= 3,214м 2 × °С/Вт .

5. Определение толщины утеплителя

Для каждого слоя заданной стены необходимо рассчитать термическое сопротивление по формуле:

где: δi- толщина слоя, мм;

λi — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя Вт/(м × °С).

1 слой (декоративный кирпич): R1 = 0,09/0,96 = 0,094 м 2 × °С/Вт .

3 слой (силикатный кирпич): R3 = 0,25/0,87 = 0,287 м 2 × °С/Вт .

4 слой (штукатурка): R4 = 0,02/0,87 = 0,023 м 2 × °С/Вт .

Определение минимально допустимого (требуемого) термического сопротивления теплоизоляционного материала (формула 5.6 Е.Г. Малявина «Теплопотери здания. Справочное пособие»):

где: Rint = 1/αint = 1/8,7 — сопротивление теплообмену на внутренней поверхности;

Rext = 1/αext = 1/23 — сопротивление теплообмену на наружной поверхности, αext принимается по таблице 14 [5] для наружных стен;

ΣRi = 0,094 + 0,287 + 0,023 — сумма термических сопротивлений всех слоев стены без слоя утеплителя, определенных с учетом коэффициентов теплопроводности материалов, принятых по графе А или Б (столбцы 8 и 9 таблицы Д1 СП 23-101-2004) в соответствии с влажностными условиями эксплуатации стены, м 2 ·°С/Вт

Толщина утеплителя равна (формула 5,7 [5]):

где: λут — коэффициент теплопроводности материала утеплителя, Вт/(м·°С).

Определение термического сопротивления стены из условия, что общая толщина утеплителя будет 250 мм (формула 5.8 [5]):

где: ΣRт,i — сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, в том числе и слоя утеплителя, принятой конструктивной толщины, м 2 ·°С/Вт.

Из полученного результата можно сделать вывод, что

R = 3,503м 2 × °С/Вт > Rтр0 = 3,214м 2 × °С/Вт → следовательно, толщина утеплителя подобрана правильно.

Расчет коэффициента теплоотдачи на плоских и гофрированных поверхностях

Во многих инженерных задачах, связанных с теплопередачей, например, при проектировании теплообменных аппаратов и радиаторов охлаждения, важное значение имеет расчет коэффициента теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи, который чаще всего рассчитывается с помощью эмпирических формул, характеризует интенсивность теплообмена на поверхности твердого тела. В этой статье мы расскажем и покажем, как рассчитать коэффициент теплоотдачи на плоской поверхности с помощью среды численного моделирования COMSOL Multiphysics®.

Что такое коэффициент теплоотдачи?

Рассмотрим нагретую стенку или поверхность, находящуюся в контакте с потоком жидкости. Перенос теплоты в жидкости определяется преимущественно конвекцией. Аналогично, конвекцией определяется перенос теплоты через твердую стенку, омываемую с двух сторон двумя разными жидкостями, например, в теплообменных аппаратах. Интенсивность теплопередачи в обоих случаях пропорциональна разности температур, а коэффициент пропорциональности, собственно, и является коэффициентом теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи характеризует теплообмен между поверхностью твердого тела и жидкостью.

В математическом смысле h — это отношение плотности теплового потока на стенке к разности температур стенки и жидкости; таким образом,

где q^ — плотность теплового потока, T_w — температура стенки, а T_infty — характерная температура жидкости.

В качестве характерной температуры жидкости могут выступать температура жидкости вдали от стенки или среднемассовая температура в трубе.

Если объект находится в неограниченно большом объеме воздуха, можно предположить, что температура воздуха вдали от поверхности объекта является постоянной и известной величиной. Такие задачи теплообмена называются внешними.

Рассмотрим пристеночную область (пусть плоскость стенки расположена по нормали к оси y, и y = 0 соответствует поверхности стенки). С учетом сделанного выше допущения очевидно, что при выполнении условия прилипания на стенке (то есть отсутствия проскальзывания) вблизи стенки образуется тонкая пленка почти неподвижной жидкости. Следовательно, перенос теплоты в этой пленке осуществляется исключительно за счет теплопроводности.

Математически этот процесс описывается уравнением [1]:

Здесь k — коэффициент теплопроводности жидкости, а производная от T рассчитывается в области жидкости.

Из уравнений (1) и (2) следует, что коэффициент теплоотдачи можно определить следующим образом:

Расчет коэффициента теплоотдачи в COMSOL Multiphysics®

На практике измерить градиент температуры на стенке довольно затруднительно. Кроме того, хотелось бы эффективно анализировать процессы теплообмена вблизи твердой поверхности без привлечения значительных вычислительных ресурсов. Поэтому для расчета коэффициента теплоотдачи, как правило, используются неаналитические методы.

Широко признанным методом расчета коэффициента теплоотдачи является использование уравнений подобия для безразмерного числа Нуссельта. Эти уравнения позволяют быстро рассчитать коэффициент теплоотдачи для разных условий теплообмена, в том числе при свободной и вынужденной конвекции в задачах внешнего обтекания и при течении в каналах. Однако этот подход можно использовать только для объектов правильной геометрической формы: для горизонтальных и вертикальных плоских поверхностей, цилиндров и сфер.

Если поверхность теплообмена в задаче имеет более сложную форму, коэффициент теплоотдачи можно рассчитать с помощью моделирования сопряженного теплообмена.

Рассмотрим эти два варианта решения задачи:

  1. Расчет коэффициента теплоотдачи на поверхностях простой геометрической формы (например, на плоской пластине):
    • Моделирование сопряженного теплообмена
    • Расчетные формулы; область течения не моделируется
  2. Вычисление коэффициента теплоотдачи на поверхностях сложной геометрической формы (например, на гофрированной пластине)

Отметим, что очень важно принимать во внимание режим течения жидкости, поскольку коэффициент теплоотдачи зависит от механизмов переноса теплоты в жидкости. В обоих случаях рассмотрим наиболее реалистичный вариант быстрого течения, например, в системе вентиляции или устройстве охлаждения электронной микросхемы. Таким образом, модель должна учитывать дополнительные механизмы переноса теплоты, обусловленные турбулентностью.

Пример 1. Теплообмен при вынужденном обтекании плоской горизонтальной пластины

Рассмотрим задачу об обтекании горизонтальной плоской пластины длиной 5 м, на которой задана постоянная плотность теплового потока 10 Вт/м 2 . Пластина обдувается воздухом со средней скоростью 0,5 м/с и температурой 283 K. На рисунке ниже представлена схема области течения и показаны профили скорости и температуры в пределах динамического ( delta ) и температурного ( delta) пограничных слоев при ламинарном режиме обтекания.



Схематическое изображение ламинарного (сверху) и турбулентного (снизу) пограничных слоев на горизонтальной пластине.

Моделирование сопряженного теплообмена

В COMSOL Multiphysics поставленную задачу можно решить численно, если воспользоваться интерфейсом Conjugate Heat Transfer (Сопряженный теплообмен), который позволяет рассчитать поля течения и температуры в жидкости. Поля скорости и давления рассчитываются в области, занятой воздухом, а поле температуры ещё и в самой пластине.

На следующем рисунке показано распределение температуры в пределах расчетной области, включающей пластину и воздух. В области течения формируются температурный и динамический погранслои, которые занимают область над пластиной толщиной около 2 см.


Распределение температуры (график скалярного поля), изотерма на 11 °C (красная линия) и поле скорости (стрелки), показывающие температурный и динамический погранслои у поверхности пластины (масштабы осей не совпадают).

По результатам моделирования можно рассчитать плотность теплового потока, если обратиться к соответствующей встроенной переменной постобработки. Если разделить найденное значение на разность температур (T_w-T_infty) , получим коэффициент теплоотдачи (уравнение 3). На графике ниже показано, как изменяется рассчитанное значение коэффициента теплоотдачи вдоль пластины.

Расчет коэффициента теплоотдачи по формулам для числа Нуссельта

Уравнение для расчета числа Нуссельта при вынужденном обтекании плоской пластины можно найти в литературных источниках (например, в [1]).

Во втором варианте расчета мы решим ту же задачу, но без моделирования области течения; то есть мы воспользуемся формулами для расчета коэффициента теплоотдачи. В этом случае расчетная область включает в себя только твердое тело (пластину). Плотность теплового потока, передаваемая с поверхности нагретой пластины холодной жидкости, задается с помощью граничного условия Heat Flux (Тепловой поток). В настройках этого граничного условия предусмотрен вариант, позволяющий задать коэффициент теплоотдачи на границе с помощью встроенных формул для расчета числа Нуссельта, как показано ниже. Еще раз отметим, что эти формулы уже имеются в COMSOL Multiphysics.


Настройки граничного условия Heat Flux (Тепловой поток).

С помощью этого условия можно рассчитать поле температуры в пластине. Зная коэффициент теплоотдачи на поверхности пластины, заданный в граничном условии Heat Flux (Тепловой поток), можно рассчитать плотность теплового потока: q=hcdot(T_infty-T) .

Расчет коэффициента теплоотдачи

Рассчитать, как изменяется коэффициент теплоотдачи по длине пластины, можно с помощью любого из двух описанных выше методов. На рисунке ниже показано сравнение результатов расчета коэффициента теплоотдачи двумя методами.


Сравнение значений коэффициента теплоотдачи на плоской пластине, рассчитанных методом моделирования сопряженного теплообмена (синяя линия) и с помощью уравнений для числа Нуссельта (зеленая линия).

Как видно на графике, значения, полученные с помощью уравнений для числа Нуссельта, и значения, рассчитанные на основе численного моделирования сопряженного теплообмена, почти идентичны.

Интерес представляет интенсивность теплообмена на пластине, рассчитанная этими двумя методами:

  1. Формула для расчета числа Нуссельта: 50 Вт/м
  2. Сопряженный теплообмен: 49,884 Вт/м

В некоторых задачах эмпирические формулы для числа Нуссельта позволяют рассчитать плотность теплового потока с достаточно высокой точностью. Теперь рассмотрим ситуацию, когда теплообмен происходит на поверхностии сложной формы, для которой нет формул расчета числа Нуссельта, и решить задачу можно только численно.

Пример 2. Течение у гофрированной поверхности горизонтальной пластины

Рассмотрим задачу с теми же исходными условиями, что и в первом случае, но только теперь верхняя поверхность пластины пусть будет гофрированной. На рисунке ниже представлена схема, иллюстрирующая постановку задачи. В этой модели одна из секций верхней поверхности пластины гофрирована. Остальные части пластины плоские.

Схема течения на горизонтальной пластине.

При такой форме поверхности стенки в пристеночной области появляются зоны рециркуляции, в результате чего интенсивность теплообмена повышается. На рисунке ниже представлено распределение температуры и линии тока.


Распределение температуры в градусах Цельсия (поверхность) и поле скорости (линии тока).

На графике слева показано изменение коэффициента теплоотдачи вдоль гофрированной пластины. В задачах со сложной формой поверхности теплообмена, как например при обтекании гофрированной пластины, коэффициент теплоотдачи зависит от нескольких факторов: поля температуры, поля скорости и геометрических параметров поверхности теплообмена (например, высоты гофры). Таким образом, коэффициент теплоотдачи оказывается выше, чем в случае плоской пластины (см. рисунок справа).

Изменение коэффициента теплоотдачи вдоль гофрированной пластины (слева) и вдоль плоской пластины (справа).

Для моделирования сопряженного теплообмена в моделях со сложной формой поверхностей могут потребоваться значительные вычислительные ресурсы, поэтому иногда предпочтение отдается альтернативным методам решения задачи. Хорошим вариантом решения является замена поверхности сложной формы на простую и подстановка значений коэффициента теплоотдачи, полученных на поверхности сложной формы с учетом геометрических параметров, поля скорости и разности температур. Следует отметить, что, даже если поверхность не является изотермической или если плотность теплового потока не постоянна, значение коэффициента теплоотдачи все равно представляет интерес для некоторых конфигураций, не слишком сильно отличающихся от исходной модели.

Для проверки рассмотрим простой вариант задачи о расчете коэффициента теплоотдачи на омываемой потоком гофрированной поверхности пластины. На основе полученных данных можно определить средний коэффициент теплоотдачи, который затем легко использовать в модели с плоской поверхностью пластины. Корректность такого приближенного подхода можно проверить, если проанализировать полный тепловой поток с поверхности или коэффициент теплоотдачи на основе моделирования сопряженного теплообмена.

Заключение

В этой статье мы рассказали о двух методах расчета коэффициента теплоотдачи. При моделировании сопряженного теплообмена можно использовать встроенные переменные COMSOL Multiphysics, содержащие значения плотности теплового потока. Применение граничного условия Heat Flux (Тепловой поток) и формул для расчета числа Нуссельта позволяет решать задачи о теплообмене на поверхностях простой формы. Также мы кратко обсудили, как использовать упрощенную геометрическую модель для получения данных о коэффициенте теплоотдачи на поверхностях сложной формы.

Дальнейшие шаги

Нажмите на кнопку ниже, чтобы получить дополнительную информацию о специализированных функциях моделирования теплообмена в среде численного моделирования COMSOL®.

Опробуйте рассмотренные методы с помощью учебных моделей:

Характеристика материала

Минеральная вата представляет собой материал, в основе которого лежит минеральный компонент. Это собирательное понятие, которое включает в себя несколько разновидностей теплоизоляционного материала. В него входит каменная, шлаковая и стекловата. Все они значительно отличаются друг от друга. Для каждой разновидности характерна собственная волокнистость. Она может быть вертикальной, горизонтальной, гофрированной. От этого во многом зависит область ее применения в строительной сфере. К преимуществам ваты минеральной относится:

Виды минеральной ваты по плотности.

  • хорошая устойчивость к высокой и низкой температуре,
  • устойчивость к воздействию химических агентов,
  • высокие теплоизоляционные характеристики,
  • плохая проводимость звука.

Все это обеспечивает массовое распространение ее в строительстве. Не нужно забывать и про то, что она является экологически чистым продуктом. Это означает, что она безопасна в использовании. Она не выделяет в окружающий воздух вредных токсинов даже при нагревании. В процессе использования ее для внутренних работ огромное значение имеет такая характеристика, как способность пропускать пары. Она отлично пропускает пар, благодаря чему поддерживается оптимальная влажность в помещении. Несмотря на все это, есть у нее и недостатки. Основной минус этого материала невысокая устойчивость к механическим повреждениям.

Где применяется минеральная вата

Вата на минеральной основе имеет низкий коэффициент теплопроводности. Благодаря этому она может применяться практически везде. Во-первых, она нашла применение при изоляции горячих ограждающих конструкций. Обеспечивается это тем, что минеральная вата безопасна в пожарном отношении, опережая по данному показателю некоторые более дорогие изоляционные средства. Во-вторых, областью ее применения является изоляция ограждающих поверхностей различных зданий. Но здесь есть одно условие: изоляция должна быть не нагружаемой.

Структура минеральной ваты и эковаты.

В-третьих, она используется в системе утепления фасадов зданий. В-четвертых, очень часто ее используют в системе внутреннего утепления конструкций. В последнем случае речь идет о панелях из железобетона или простого бетона. В-пятых, минеральная вата применяется в системе отопления, в частности при возведении и эксплуатации трубопроводов. В-шестых, данный материал является утеплителем различного промышленного оборудования. В-седьмых, вата нашла применение при строительстве плоских кровель. Особенно часто это наблюдается при отсутствии бетонной стяжки. В-восьмых, бани, стены домов тоже возводятся с использованием ваты минеральной.

Что такое коэффициент теплопроводности

Физический смысл коэффициента теплопроводности — это количество тепла, которое проходит через образец единичного объема за одну секунду при разнице температур в один Кельвин (градус Цельсия). Единица измерения — Вт/(м °К), обозначение — λ, k, ϰ.

Чем выше значение коэффициента, тем большей способностью к передаче тепла обладает материал. В абсолютном вакууме λ=0, максимальный — у алмаза и графена, применяемого в наноразработках.

У бетона значение коэффициента теплопроводности находится в пределах 0,05 -2,02 Вт/(м °К) в зависимости от плотности и влажности материала. У ячеистого автоклавного бетона марки М150 λ=0,055 Вт/(м °К), а тяжелые бетоны М800-1000 характеризуются показателем 2,02 Вт/(м °К).

В строительстве при расчете конструкций на сопротивление теплопередаче используют таблицу с точными значениями коэффициента. Его указывают для трех состояний материала:

  • в сухом виде;
  • при нормальной влажности;
  • при повышенной влажности.

Теплотехнический расчет проводят в соответствии с условиями эксплуатации бетона.

От чего зависит величина коэффициента

Коэффициент теплопроводности бетона определяют опытным путем. Поскольку у материала неоднородная структура, то величина непостоянна и носит условный характер.

Параметры, от которых зависит показатель:

  • Плотность. Тепловую энергию передают друг другу частицы, поэтому чем ближе они расположены, тем быстрее этот процесс. Соответственно, рыхлые материалы с меньшей плотностью способны лучше противостоять теплопередаче.
  • Пористость материала. Тепловой поток перемещается сквозь толщу монолита, часть которого составляют воздушные пустоты. Теплопроводность воздуха очень мала — 0,02 Вт/(м °К). Чем больше занятый воздухом объем, тем коэффициент λ ниже.
  • Структура пор — размеры и замкнутость. Мелкие полости снижают скорость передачи энергии, в то время как в крупных сообщающихся отверстиях теплообмен совершается конвекционным путем, увеличивая тем самым общую теплопередачу.
  • Влажность. Коэффициент теплопроводности воды 0,6 Вт/м К, это достаточно большой показатель. Проникая в полости бетона, влага уменьшает способность материала сохранять тепло.
  • Температура. Чем она у вещества выше, тем быстрее движутся молекулы. Зависимость от температуры линейная, выражается формулой λ=λо х (1+b х t), где λ и λо — искомый и начальный коэффициенты теплопроводности, b — справочная величина, t — температура в градусах.

Методика расчета:

Строится аксонометрическая схема вентиляционной системы, система разбивается на участки, на которые наносятся длина и значение расхода. Расчетная схема представлена на рисунке 1.

Выбирается основное (магистральное) направление, которое представляет собой наиболее протяженную цепочку последовательно расположенных участков.

3. Нумеруются участки магистрали, начиная с участка с наименьшим расходом.

4. Определяются размеры поперечного сечения воздуховодов на расчетных участках магистрали. Определяем площади поперечного сечения, м 2 :

где Lр – расчетный расход воздуха на участке, м 3 /ч;

Vр – рекомендуемая скорость движения воздуха на участке, м/с,.

По найденным значениям Fр] принимаются размеры воздуховодов, т.е. находится Fф.

5. Определяется фактическая скорость Vф, м/с:

где Lр – расчетный расход воздуха на участке, м 3 /ч;

Fф – фактическая площадь поперечного сечения воздуховода, м 2 .

Определяем эквивалентный диаметр по формуле:

где α и b – поперечные размеры воздуховода, м.

6. По значениям dэкв и Vф определяются значения удельных потерь давления на трение R.

Потери давления на трения на расчетном участке составят

где R – удельные потери давления на трение, Па/м;

l – длина участка воздуховода, м;

βш – коэффициент шероховатости.

7. Определяются коэффициенты местных сопротивлений и просчитываются потери давления в местных сопротивлениях на участке:

где Pд – динамическое давление:

где ρ – плотность воздуха, кг/м 3 ;

Vф – фактическая скорость воздуха на участке, м/с;

∑ζ – сумма КМС на участке,

8. Рассчитываются полные потери по участкам:

где R — удельные потери давления на трение, Па/м;

l – длина участка, м;

βш – коэффициент шероховатости;

z — потери давления в местных сопротивлениях на участке, Па.

9. Определяются потери давления в системе:

где R — удельные потери давления на трение, Па/м;

l – длина участка, м;

βш – коэффициент шероховатости;

z- потери давления в местных сопротивлениях на участке, Па.

10. Проводится увязка ответвлений. Увязка производится, начиная с самых протяженных ответвлений. Она аналогична расчету основного направления. Сопротивления на всех параллельных участках должны быть равны: невязка не более 10%:

,

где Δр1 и Δр2 – потери в ветвях с большими и меньшими потерями давления, Па. Если невязка превышает заданное значение, то ставится дроссель-клапан.

Рисунок 1 – Расчетная схема приточной системы П1.

Последовательность расчета приточной системы П1

Схема приточной вентиляционной системы показана на рисунке 23. и включают в себя следующие основные элементы: 1- воздухоприемные устройства для забора наружного воздуха; 2- вентилятор с устройствами для очистки 3, охлаждения 4, осушки, увлажнения и нагрева 5 наружного воздуха; 6 система воздуховодов, по которым приточный воздух от вентилятора направляется в помещения.

1- воздухоприемные устройства, 2- вентилятор с устройствами для очистки 3, охлаждения 4, осушки, увлажнения и нагрева 5 наружного воздуха, 6- воздуховоды

Рисунок 23. Схема приточной вентиляционной установки

Аэродинамический расчет воздуховодов сводится к определению размеров поперечного сечения воздуховода и к расчету потерь давления в сети.

Исходными данными для его проведения являются:

значения расходов воздуха на каждом участке V (м 3 /час); длина участка Li (м); предельные значения скоростей движения воздуха на участках wi (м/с); а также значения коэффициентов местных сопротивлений Zi.

Расчет поперечных сеченийотдельных участков воздуховодов (fк) при выбранной скорости воздуха и определенном его расходе производится по формуле:

(м 2 ), (2.2)

где V — расход воздуха, проходящего через рассматриваемое сечение, м 3 /ч;

ω — скорость воздуха в этом же сечении, м/с.

При расчете нагнетательных воздуховодов скорость воздуха в них принимают в диапазоне от 6 до 12 м/с. Скорость воздуха на выходе из решеток у вагонов с установками охлаждения должна быть не выше 0,25 м/с. При отсутствии охлаждения скорость выхода воздуха из вентиляционной решетки должна быть зимой 0,3—0,6 м/с, летом 1,2—1,5 м/с.

При расчете гидравлических потерь в воздуховодах следует учитывать, что вентилятор в процессе своей работы выполняет две задачи:

— переводит воздух из состояния покоя в состояния движения с некоторой скоростью w;

— преодолевает сопротивление трению, возникающее в воздуховоде при движении воздуха со скоростью w.

Схема приточной вентиляционной установки и эпюры давления в воздуховодах показана на рисунке 24. Для перемещения воздуха по прямолинейному участку нагнетательного воздуховода со скоростью w2 вентилятор должен обеспечить полное давление (Нп), которое складывается из динамического (скоростного) и статического давления Нст.

, (2.3)

Динамическое давление обусловлено наличием движущейся массы воздуха со скоростью w2 и определяется из выражения:

, (2.4)

где — плотность воздуха кг/м 3 ;

v — скорость движения воздуха в воздуховоде м/с;

g – ускорение силы тяжести м/с 2 .

Статическое давление необходимо для преодоления сопротивления движению потока воздуха по длине воздуховода ( ), а также на преодоление местного сопротивления (Z2).

, (2.5)

где R – потери давления на единицу длины воздуховода;

L – длина воздуховода, м.

Суммарные потери давления Нр во всасывающем и нагнетательном воздуховодах составляют:

, (2.6)

где Rв и Rн — потери на трение на 1-м погонном метре длины всасывающего и нагнетательного воздуховода соответственно, мм. вод. ст.;

lВ и lН — соответственно длина всасывающего и нагнетательного воздуховода, м;

Zв и Zн — потери давления в местных сопротивлениях, соответственно всасывающего и нагнетательного воздуховода, мм. вод. ст.

Потери давления на единицу длины круглого воздуховода определяются по формуле:

, (2.7)

где λ — коэффициент сопротивления трению воздуха о стенки;

d — диаметр воздуховода, м.

Для воздуховодов прямоугольного сечения со сторонами а и b потери давления на единицу длины составят:

, (2.8)

Величина коэффициента сопротивления трению λ зависит от режима движения воздуха, характеризующегося числом Рейнольдса, и от состояния внутренних поверхностей воздуховода. Число Рейнольдса, как известно, определяется из выражения:

, (2.9)

где n — коэффициент кинематической вязкости, в данном случае воздуха, м 2 /сек;

d – диаметр воздуховода, м.

Для гладких поверхностей воздуховодов при числе Рейнольдса до 1×10 4 применима формула:

, (2.10)

При числах Рейнольдса больше 1×10 4 применима формула Кутателадзе:

, (2.11)

1 — входной воздуховод; 2 – вентилятор; 3 – нагнетательный воздуховод

Рисунок 24. Схема приточной вентиляционной установки и эпюры давления в воздуховодах

Дата добавления: 2015-02-23 ; просмотров: 3680 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector