Проаналізовано перебіг і теплообмін для трубчастих газових нагрівачів з урахуванням явища конденсації водяної пари з газоповітряної суміші, яка рухається в трубчастої частини нагрівача, при охолодженні газоповітряної смесі.Составлени рівняння математичної моделі, описують процеси руху і теплообміну газоповітряної суміші і конденсату всередині випромінюючої труби. Вказана можливість використання розробленої математичної моделі для розрахунку всіх параметрів течії і теплообміну обігрівачів.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Березюк О.Г., Іродів В.Ф.


Statement of the problem. Infrared tubular gas heaters are designed for burning gas, moving of the heated products of combustion with air inside the tubular heater and heating of the room where the heater is installed with the help of radiant and convective heat exchange with space of the room. Tubular gas heaters are simultaneously sources of heat supply and heating devices. Using of these heaters provides fuel economy and uniform distribution of comfortable heat. Maximum fuel economycan be achieved through using of the mode of condensation of water vapor from the gas-air mixture in the construction of heater. In mathematical models of tubular gas heaters heater is considered as a hydraulic chain with distributed and adjustable parameters by the terminology of the theory of hydraulic chains. However, these mathematical models do not take into account the condensing mode of the work of heaters. The purpose of the article is to build a mathematical model of hydraulic and thermal modes of the area of ​​infrared tubular heaters for the zone of condensation of water vapor from the gas-air mixture. Flow and heat exchange for the tubular gas heaters with regard to the phenomenon of condensation of water vapors from the gas-air mixture, which moves in the tubular part of the heater under cooling of the gas-air mixture are analyzed. Specific areas of flow and heat exchange, starting from the gas burner until intersection of the outlet of fulfilled gas-air mixture into the environment are highlighted. Equations of mathematical model which describe the processes of motion and heat exchange of gas-air mixture and condensate inside the radiating tube are compiled. The possibility of using the developed mathematical model for calculation of the parameters of the flow and heat exchange of the heaters is indicated.


Область наук:

  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології

  • Рік видавництва: 2014


    Журнал: Вісник Прідніпровської державної академии будівництва та архітектури


    Наукова стаття на тему 'Математичне моделювання ділянки трубчастого газового нагрівача в конденсаційному режимі роботи'

    Текст наукової роботи на тему «Математичне моделювання ділянки трубчастого газового нагрівача в конденсаційному режимі роботи»

    ?6. Dobrovol'skij I. I. Яа8еЬе1 81гік1ігу i шеЬап1еЬе8к1Ь nelegirovannogo i legirovannogo chugunov / I. I. Dobrovol'skij, А. А. Zhukov, I. О. Pahnjushhij // Ь ^ пое proizvodstvo. - 1988. - № 5. - 8. 6 - 8.

    7. Mironova Т. М. Struktura i svojstva deformiruemyh chugunov / Т. М. Mironova, V. Z. Kucova. - D: NMetAU, 2009. - 190 s.

    УДК 697.7: 519.673: 536.423.4

    Математичне моделювання Д1ЛЯНКІ трубчаста ГАЗОВОГО НАГР1ВАЧА У КОНДЕНСАЦ1ЙНОМУ РЕЖІМ1 РОБОТИ

    Г. Г. Березюк, ст. викл., В. Ф. 1родов, д. т. н., проф.

    Ключовi слова: трубчаст1 газів1 нагр1вач1, математична модель, конденсащя водяног парі

    Постановка проблеми. У системах децентралiзованого теплопостачання виробничих примщень широко Використовують шфрачервош трубчасп газовi обiгрiвачi (1ТГО). Ц Пристрій! прізначенi для спалювання газу, перемiщення нагрiтіх продуктiв згоряння з повiтря усередінi трубчаста на ^ вача i опалення примiщення, де встановлений на ^ вач за рахунок Променистий i конвективного теплообмiну нагрiвача з простором примщень. Трубчастi газовi обiгрiвачi е одночасно Джерелами теплопостачання та опалювальних приладами. Використання ціх обiгрiвачiв забезпечуе економда паливо i рiвномiрній розподш комфортного тепла. Максімально' економна паливо можливо досягті Шляхом использование в конструкцп обiгрiвача режиму конденсацн водяно! парі з газоп ^ ряно! сумiшi.

    Аналiз публiкацiя. Математичне моделювання трубчастих газових нагрiвачiв викладеня у Працюю [1 - 3], де математична модель 1ТГО розглядаеться як едине цше, а самє як гiдравлiчній ланцюг iз розподiленімі i регульованості параметрами за термшолопею теорн гiдравлiчніх ланцюпв [4]. Однако у математичних моделях не враховуеться конденсацiйній режим роботи обiгрiвача.

    Мета статтi - побудуваті математичного модель гiдравлiчніх i теплових режімiв дiлянки 1ТГО для зони конденсацн водяно! парі з газоп ^ ряно! сумiшi.

    Виклад матерiалами. Основними елементами шфрачервоніх трубчастих газових обiгрiвачiв е: газовий пальник як джерело Теплово! енергн, радiацiйна труба, что передає теплову енерпю в опалювання примщень, вентилятор, что забезпечуе ціркулящю газоп ^ ряно! сумiшi i відалення продуктiв згоряння, а такоже вщбівач - для спрямованостей впліву теплового потоку вщ віпромшювально! труби в зону обiгрiву. Принципова схему iнфрачервоного трубчаста об1гр1вача наведено на малюнку 1.

    Рис.1. Схема тфрачервоного трубчаста газового обггргвача: 1 - пальник в захисних шкіру; 2 - штуцер подач1 газу; 3 -роз'ем з отвором у захисних шкіру для подач1 пов1тря; 4 - віпром1нювальна труба; 5 - в1дбівач теплового віпром1нювання (екран); 6 - витяжною вентилятор.

    У зв'язку з особливими переб ^ у фiзичних процешв можна відшіті таю характерш дшянкі (рис. 2):

    1 - дшянка горшня пального газу в супутних потощ пов ^ ря;

    2 - дшянка руху i теплообмшу однорщно! газоп ^ ряно! сумiшi всередінi віпромшювально! труби, починаючі вiд перетин полного згоряння газу до точки, в якш починаеться конденсацiя водяно! парі з газоп ^ ряно! сумiшi;

    3 - дшянка руху i теплообмiну газоп ^ ряно! сумiшi i конденсату всередінi віпромшювально! труби до витяжною вентилятора;

    4 - дшянка витяжною вентилятора;

    5 - дшянка вщводу продукпв згоряння в навколишнього середовища.

    Основною Частина 1ТГО, де вiдбуваються процеси передачi тепла вщ газоповiтряного теплоносiя в опалювання простiр, е дiлянки 2 i 3. Моделювання гiдравлiчніх i теплових процесiв у ЦШ галузi прідiляеться Основна увага.

    Дослщження процесiв у дiлянцi 1 дозволяе точшше вiдобразіті сумарний ефект передачi тепла та бшип точно змоделюваті розподш температури вздовж віпромшювано! труби.

    Дімов! | гази

    Пов1тря до, | газ

    --_ _ __

    1 2 3

    ---У

    Мал. 2. Дшянкі моделювання тфрачервоного трубчаста газового об1гр1вача

    Математична модель теплового i гiдравлiчного режімiв для дiлянок 1, 2, 4 i 5 наведено у виглядi системи рiвнянь теплообмiну i рiвнянь руху теплоносiя в [1 - 3].

    ЩД годину згоряння горючих газiв у потоцi пов ^ ря утворюеться газоповiтряна Суміш, что мютіть водянi парі. Пiд час руху сумiшi вздовж віпромшювально! труби !! температура зменшуеться, что віклікае конденсащю водяно! парі з газоповггряно! сумшь умів віпадання конденсату е вщповщшсть температури газоп ^ ряно! сумiшi (Тг.с) температурi насічення водяно! парі (Teg) за его парщального тиску:

    Т = т (р)

    г к.с. eg \ n /

    Парцiальній Тиск водяно! парі визначаеться стввщношенням:

    Рп = а "| P,

    (1)

    (2)

    де: ап - об'емна концентрацiя водяно! парі в газоп ^ рянш сумiшi; Р - Тиск газоп ^ ряно! сумiшi всередінi віпромшювально! труби.

    Об'емна концентрацiя водяно! парі (ап) е постiйною вiд точки полного згоряння газу до можливо! точки віпадання конденсату. Цю величину можна розрахуваті за реакцiямі горшня пальне газу, его об'емнім складом, коефщентом надлишком повiтря i его вологосп [5].

    На малюнку 3 показано дшянку моделювання 3.

    iттт ////////////////, '/////////// л

    p ° i, wi, Ti 1 p ° i + dp ° i, wi + dw

    - 2

    V ///////, птшттп чіштт \

    dx

    Мал. 3. Діянкаруху / теплооблпну двофазного потоку есередіт вілролпнювальноТ труби: 1 - газ ° п ° в1тряна сум1ш (газ ° п ° д1бна фаза); 2 - конденсат (р1дка фаза); р ° 1, w1, Т1 -? Стін Густина, середня швідюсть 7 абсолютна температура

    газ ° п ° в1трян ° г сум1ш1

    Об'емш концентрацп газоп ^ ряно! сумiшi i конденсату в двофазному потоцi можливо візначіті сшввщношеннямі:

    F;

    F

    (3)

    де: а1, а2 - об'емнi концентрацп газоп ^ ряно! сумiшi i конденсату в двофазному потощ; Р - загальна площа перерiзу трубопроводу;

    Р - площа перерiзу трубопроводу, якові Займаюсь газоповiтряна сумш; Р - площа перерiзу трубопроводу, якові Займаюсь конденсат. Густина газоп ^ ряно! сумiшi i конденсату в двофазному потощ:

    0 0 р1 = а1 -р1; Р2 = А2 | Р2, (4)

    де: Р01, р02 - Справжня Густина газоп ^ ряно! сумiшi й конденсату.

    Позначімо: М (1х1, Мвх2 - масовi витрати газоп ^ ряно! Сумiшi i конденсату на входi відшено! Дiлянки. Травнем вирази:

    Мех1 = рр ^ гр = Р10 | Щ F = Рг F

    Мвх2 = Р2 | Р2 = Рр | Щ2 |а р = Р2 | Р

    (5)

    (6)

    На віходi відшено! дiлянки масовi витрати складових двофазного потоку змшюються. Позначімо: Мвіх1, Мвіх2 - масовi витрати (вщповщно) газоповггряно! сумiшi i конденсату на віходi відшено! дiлянки.

    Параметри течі на віходi такоже змiнюються i стають рiвнімі Параметри газоп ^ ряно! сумшк

    Р + йрР; щ +; а + dа1. т1 + йт ^

    Параметри конденсату:

    р20 = еотг. щ + йщ21; А2 + йа2; Т2 + йт

    (7)

    (8)

    Позначімо через т - об'емну Густиня розподшеніх в об'емi джерел фазового переходу,

    кг / м-с. Тодк

    Рiвняння Збереження масі:

    Мвіх1 - Мвх1 = -трйх;

    Мвіх2 -Мвх2 = трйх.

    ~ Й (рщр) = -т;

    Р йх

    -1-й (Р2ЩР) = т.

    Р йх

    (9) (10)

    (11) (12)

    Рiвняння руху:

    йР

    іщ1 ір, ч \ 0Щ / 0 \ г,

    РЩ - = - а- ~ т К) -р ° - + (р-Р))

    (13)

    Рiвняння Енерги:

    Р2 Щ

    йЩ2 йх

    йР

    = -а2

    --+ Т (

    йх

    \ К 0 Щ2 0 -? 1

    Щ12 -щ2) - Р2 + р2 ^

    РЩ1 рй

    2 Л

    = - тРйх

    Р - 11 +

    (Щ122 - Щ12)

    - йЦ;

    (14)

    p2w2Fd i2 + - = mFdx i12 -i2 + V 2)

    w "

    (16)

    dQ1 = dQ1k = 7tDdxal (T-T2);

    dQ2 w = D2dx ^ 2 w (T2 - Tw);

    dQ3 = 7Ddxa2 (Tw - To).

    (17)

    (18)

    (19)

    де: w12, 112 - параметри обмшювано! масі;

    02 - змоченій периметр рщкого середовища;

    dQ1 - тепловий потшуся вiд газоп ^ ряно! сумiшi до конденсату конвекцiею;

    dQ2w - тепловий потiк, Який передаеться конденсатом поверхш трубопроводу;

    dQ3 - тепловий потшуся, Який передаеться поверхні труби в навколішнiй простiр.

    Систему рiвнянь математично! моделi трубчаста газового на ^ вача в зонi конденсації водяно! парі можна використовуват для розрахунку теплового i гiдравлiчного режімiв. Для цього Потрiбна чисельного iнтегруваті систему рiвнянь (11) - (19) за вщоміх початкових умов. Початковi умови визначаються з розрахунку Попередньо! дшянкі течі, а самє - як кiнцевi умови для параметрiв на дшянщ 2 - основно! зони трубчаста на ^ вача.

    Висновки. 1. Проанатзовано перебiг i теплообмiн для трубчастих газових нагрiвачiв з урахуванням явіща конденсації водяної парiв iз газоповггряно! сумiшi, яка рухаеться в трубчастш частинi нагрiвача, пiд час охолодження газоп ^ ряно! сумiшi. Відiлено характернi дшянкі течі i теплообмiну, починаючі вщ газового пальника до Перетин Вихід вщпрацьовано! газоп ^ ряно! сумiшi в навколишнього середовища.

    2. Склади рiвняння математично! моделi дiлянки, что опісують процеси руху i теплообмiну газоповiтряно! сумiшi i конденсату всередінi віпромiнювально! труби до витяжною вентилятора.

    3. Зазначено можлівють использование розроблено! математично! моделi для розрахунку параметрiв течi! i теплообмiну обiгрiвачiв.

    1. Іродов В. Ф. Математичне моделювання елементарної ділянки системи повітряно-променевого опалення / В. Ф. Іродів, Л. В. Солод., А. В. Кобища // Вюнік Прідшпровсько! державно! академн будiвництва та арх1тектурі. - Д.: ПДАБА, 2001. - № 4. -

    2. Солод Л. В. Метод розрахунку i ращональш Параметри шфрачервоніх трубчастих газових обiгрiвачiв: автореф канд. дис. 05. 23. 03. - Харюв: ХДТУБА, 2011. - 20 с.

    3. Дудкін К. Розрахунок теплового і гідравлічного режиму при проектуванні багатоконтурних трубчастих газових нагрівачів / К. Дудкін, В. Ткачова, В. Данішевський // Theoretical Foundations of Civil Engineering, Polish - Ukrainian transactions. - Vol. 20. - Warsaw: Warsaw University of Technology, 2013. - P. 531 - 536.

    4. Меренков А. П. Теорія гідравлічних ланцюгів / А. П. Меренков, В. Я. Хасілев. - М.: Наука, 1985. - 278 с.

    5. Стаськевіч Н. Л. Довідник з газопостачання і використання газу / Н. Л. Стаськевіч, Г. Н. Северінець, Д. Я. Вигдорчик. - Л.: Недра, 1990. - 762 с.

    Statement of the problem. Infrared tubular gas heaters are designed for burning gas, moving of the heated products of combustion with air inside the tubular heater and heating of the room where the heater is installed with the help of radiant and convective heat exchange with space of the room. Tubular gas heaters are simultaneously sources of heat supply and heating devices. Using of these heaters provides fuel economy and uniform distribution of comfortable heat. Maximum fuel economy

    Використана Л1ТЕРАТУРА

    С. 41 - 46.

    SUMMARY

    can be achieved through using of the mode of condensation of water vapor from the gas-air mixture in the construction of heater. In mathematical models of tubular gas heaters heater is considered as a hydraulic chain with distributed and adjustable parameters by the terminology of the theory of hydraulic chains. However, these mathematical models do not take into account the condensing mode of the work of heaters. The purpose of the article is to build a mathematical model of hydraulic and thermal modes of the area of ​​infrared tubular heaters for the zone of condensation of water vapor from the gas-air mixture. Flow and heat exchange for the tubular gas heaters with regard to the phenomenon of condensation of water vapors from the gas-air mixture, which moves in the tubular part of the heater under cooling of the gas-air mixture are analyzed. Specific areas of flow and heat exchange, starting from the gas burner until intersection of the outlet of fulfilled gas-air mixture into the environment are highlighted. Equations of mathematical model which describe the processes of motion and heat exchange of gas-air mixture and condensate inside the radiating tube are compiled. The possibility of using the developed mathematical model for calculation of the parameters of the flow and heat exchange of the heaters is indicated.

    REFERENCES

    1. Irodov V. F. Matematicheskoe modelirovanie jelementarnogo uchastka sistemy vozdushno-luchistogo otoplenija / V. F. Irodov, L. V. Solod., A. V. Kobyshha // Visnik Pridniprovs'koi 'derzhavnoi' akademii budivnictva ta arhitekturi. - D.: PDABA, 2001. - № 4. - S. 41 - 46.

    2. Solod L. V. Metod rozrahunku i racional'ni parametri infrachervonih trubchastih gazovih obigrivachiv: avtoref kand. dis. 05. 23. 03. - Harkiv: HDTUBA, 2011. - 20 s.

    3. Dudkin K. Raschet teplovogo i gidravlicheskogo rezhima pri proektirovanii mnogokonturnyh trubchatyh gazovyh nagrevatelej / K. Dudkin, V. Tkacheva, V. Danishevskij // Theoretical Foundations of Civil Engineering, Polish - Ukrainian transactions. - Vol. 20. - Warsaw: Warsaw University of Technology, 2013. - P. 531 - 536.

    4. Merenkov A. P. Teorija gidravlicheskih cepej / A. P. Merenkov, V. Ja. Hasilev. - M.: Nauka, 1985. - 278 s.

    5. Staskevich N. L. Spravochnik po gazosnabzheniju i ispol'zovaniju gaza / N. L. Staskevich, G. N. Severinec, D. Ja. Vigdorchik. - L.: Nedra, 1990. - 762 s.

    УДК 539.3 / 8

    ОП1Р Коченов платформи ПО Котка

    Л. М. Бондаренко, к. т. н., доц., В. Д. Бондаренко, к. т. н., доц., Г. К. Дьомт, к. т. н., доц., В. В. Лозова, студ.

    Ключовi слова: отр Коченов, коефщент тертим кочення, форми котюв, мехатчт характеристики контактуючіх ти

    Постановка проблеми. Опору при перемщеннях тш по Котка здавна прідшялася значний увага науковщв. Результати! Х дослщжень Вже стали Класика [3; 5], но i дос ця тема е актуальною [2].

    Аналiз публжацш. Першi експеримент з вивченню опору кочення належати Ш. Кулону, Який у 1785 гаїв сформулював закон тертим кочення (рис. 1):

    * "2Д (1)

    р

    i-

    Мал. 1. До визначення коефщгента тертим кочення по Ш. Кулону


    Ключові слова: ТРУБЧАСТі газові Нагрівачі /математична МОДЕЛЬ /Конденсація ВОДЯНОї ПАРІ /ТРУБЧАСТІ ГАЗОВІ НАГРІВАЧІ /МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ /КОНДЕНСАЦІЯ ВОДЯНОГО ПАРА /MATHEMATICAL MODEL /CONDENSATION OF WATER VAPOR /TUBULAR GAS HEATERS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити