Математичне моделювання повітряно-водяної системи автономного теплопостачання

Abstract

UK: Мета. Актуальним є комбінування декількох систем автономного теплопостачання. Дана стаття присвячена розробці математичної моделі для такої комбінованої повітряно-водяної системи автономного теплопостачання. Методика. Відома система нагріву води в об’ємі з вільною поверхнею, такий нагрів можна здійснювати в трубчастих повітряно-водяних нагрівачах. Подальший розвиток систем автономного теплопостачання з трубчастими газовими нагрівачами (ТГН) – це системи з ТГН, що розташовані у будівельних конструкціях. Розроблена система автономного теплопостачання з трубчастими газовими нагрівачами розташованими у будівельних конструкціях для повітряного опалення. Для поліпшення ефективності теплопостачання розроблена змішана повітряно-водяна система автономного теплопостачання з трубчастими газовими нагрівачами у будівельних конструкціях. Результати. Розроблена математична модель гідравлічного і теплового режимів повітряно-водяної системи автономного теплопостачання, яка представлена у вигляді звичайних диференційних рівнянь. В її основі лежать рівняння збереження маси, руху і енергії для рухомого теплоносія - газоповітряної суміші всередині труби, рівняння переносу тепла в середині будівельної конструкції, а також рівняння тепловіддачі від зовнішньої поверхні нагрівача до середовища, що нагрівається та алгебраїчні рівняння законів Кірхгофа. За рахунок використання водяного теплоносія і циркуляції повітряного теплоносія в мережі вдається в системі теплопостачання мати теплоносій відносно невисокої температури при високій ефективності використання теплової енергії. Наукова новизна. Розроблено математичну модель повітряно-водяної системи автономного теплопостачання, що містить у собі диференційні рівняння для трубчастих газових нагрівачів у будівельній конструкції та для трубчастих газових нагрівачів у водяному просторі. Практична значимість. Повітряно-водяна система автономного теплопостачання сприяє розширенню сфери застосування трубчастих нагрівачів та з невеликими капітальними витратами здатна забезпечити опалення приміщень. Для якісного проектування таких систем необхідно розробити математичну модель її гідравлічного і теплового режимів.

RU: Цель. Актуальным является комбинирование нескольких систем автономного теплоснабжения. Данная статья посвящена разработке математической модели для такой комбинированной воздушно-водяной системы автономного теплоснабжения. Методика. Известная система нагрева воды в объеме со свободной поверхностью, такой нагрев можно осуществлять в трубчатых воздушно-водяных нагревателях. Дальнейшее развитие систем автономного теплоснабжения с трубчатыми газовыми нагревателями (ТГН) - это системы с ТГН, расположенные в строительных конструкциях. Разработанная система автономного теплоснабжения с трубчатыми газовыми нагревателями, расположенными в строительных конструкциях для воздушного отопления. Для увеличения эффективности теплоснабжения разработана смешанная воздушно-водяная система автономного теплоснабжения с трубчатыми газовыми нагревателями в строительных конструкциях. Результаты. Разработана математическая модель гидравлического и теплового режимов воздушно-водяной системы автономного теплоснабжения, которая представлена в виде обыкновенных дифференциальных уравнений. В ее основе лежат уравнения сохранения массы, движения и энергии для подвижного теплоносителя - газовоздушной смеси внутри трубы, уравнения переноса тепла в середине строительной конструкции, а также уравнения теплоотдачи от внешней поверхности нагревателя к нагреваемой среде и алгебраические уравнения законов Кирхгофа. За счет использования водяного теплоносителя и циркуляции воздушного теплоносителя в сети удается в системе теплоснабжения иметь теплоноситель относительно невысокой температуры при высокой эффективности использования тепловой энергии. Научная новизна. Разработана математическая модель воздушно-водяной системы автономного теплоснабжения, которая включает в себя дифференциальные уравнения для трубчатых газовых нагревателей в строительной конструкции и для трубчатых газовых нагревателей в водном пространстве. Практическая значимость. Воздушно-водяная система автономного теплоснабжения способствует расширению сферы применения трубчатых нагревателей и с небольшими капитальными затратами способна обеспечить отопление помещений. Для качественного проектирования таких систем необходимо разработать математическую модель ее гидравлического и теплового режимов.

EN: Purpose. Actual is the combination of several autonomous heat supply systems. This article is devoted to the development of a mathematical model for such a combined air-water system of autonomous heat supply. Methodology. A well-known system for heating water in a volume with a free surface, such heating can be carried out in tubular air-water heaters. Further development of autonomous heat supply systems with tubular gas heaters (TGN) is a system of TGN located in building structures. The system of autonomous heat supply with tubular gas heaters located in construction constructions for air heating is developed. To increase the efficiency of heat supply, a mixed air-water system of autonomous heat supply with tubular gas heaters in building structures has been developed. Findings. A mathematical model of the hydraulic and thermal regimes of the air-water system of autonomous heat supply, which is presented in the form of ordinary differential equations, is developed. It is based on the equations of conservation of mass, motion and energy for the mobile coolant-the gas-air mixture inside the pipe, the heat transfer equation in the middle of the construction structure, as well as the heat transfer equations from the external surface of the heater to the heated medium and the algebraic equations of Kirchhoff's laws. Due to the use of the water coolant and the circulation of the air coolant in the network, it is possible in the heat supply system to have a coolant relative to a low temperature with high efficiency of using thermal energy. Originality. The mathematical model of the air-water system of autonomous heat supply is developed, which includes the differential equations for tubular gas heaters in the construction design and for tubular gas heaters in the water space. Practical value. The air-water system of autonomous heat supply contributes to the expansion of the scope of tubular heaters and, with low capital expenditures, can provide heating of premises. For qualitative design of such systems it is necessary to develop a mathematical model of its hydraulic and thermal modes.