Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И АНАЛИЗЕ

СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ, ВЕНТИЛЯЦИИ И ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.

Что мы понимаем под математическим моделированием?

Математическое моделирование инженерных систем – описание языком формул, правил, высказываний, текстов и т.д. работы реально действующих или проектируемых инженерных систем.

Занимались ли в прошлом математическим моделированием систем ОВ?

• Этап 1. Математическое описание процессов в системах ОВ, допускающих простой ручной счет.

• Этап 2. Расчет на ЭВМ гидравлических и тепловых задач (стационарный случай). Заполнение бланков исходных данных.

• Этап 3. Расчет на ЭВМ гидравлических и тепловых задач (стационарный случай). Ввод исходных данных прямо на компьютере.

• Этап 4. Моделирование произвольных гидравлических (тепловых…) задач (нестационарный случай). Ввод исходных данных прямо на компьютере.

Почему необходимо использовать методы математического моделирования?

• Позволяет учесть различные влияния на работу систем ОВ.• Позволяет увидеть работу систем ОВ во времени

(нестационарно).• Позволяет сравнить работу реальной системы с ее

математической моделью при условиях работы реального объекта. Проектировщик рассчитывает свою систему на какие-то расчетные параметры, в реальной жизни таких параметров не бывает (или бывают крайне редко и их ждать может жизни не хватить).

• Позволяет оптимизировать как работу, так и элементы системы.

Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании

Предварю примером из жизни

Купили новую вытяжку над плитой


Пример из жизни

Включили. По квартире пошел неприятный запах. Поняли, что он из вентканала санузла.



Долго искали причину. Склонялись к плохому качеству вытяжных каналов. Якобы между каналами есть связь.



А как думаете Вы, как решить проблему?



Просто открыть окно и обеспечить приток!!!



Воздухообмены (L) и температуры внутреннего воздуха (Тв) по этажам при Тнар = –28 °C, w = 0 м/с: 1L (Т) – график теплоносителя 105/70 °C («старые» окна), 2L (Т) – график теплоносителя 95/60 °C («старые» окна), 3L (Т) – график теплоносителя 95/60 °C («новые» окна)


Опрокидывание вентиляции в шахте системы ВЕ2: 1 (3, 5) – последовательное включение вентиляторов, 2 (4, 6) – последовательное отключение вентиляторов 1 (2) – Тнар = –28 °C; 3 (4) – Тнар = –5 °C; 5 (6) – Тнар = +5 °C, w = 0 м/с

(1-9 – на этажах, 10 – в шахте ВЕ1);


Зависимость воздухообмена (L) по системам в помещении 9-го этажа от разности отметок дефлекторов (dН) приТнар = +5 °C, w = 0 м/с и закрытых («новых») окнах






Существует несколько типов приточных устройств систем естественной вентиляции, это и нерегулируемые и регулируемые вручную щели в окнах, регулируемые по датчикам влажности приточные клапана и саморегулируемые приточные устройства позволяющие поддерживать постоянный расход приточного воздуха (регулятор постоянства расхода). Регуляторы устанавливаются в наружную стену (окно) и позволяют ограничивать с достаточной точностью расход приточного воздуха поступающий в помещение. Одним из ведущих производителей последних является фирма ALDES (Франция)

Регулятор постоянства расхода (РПР) воздуха



Заключение

• Неустойчивая работа систем естественной вентиляции характеризуется переменным воздухообменом создаваемым системой, неравномерностью воздухообмена и температур внутреннего воздуха по этажам, опрокидыванием циркуляции в поэтажных каналах-спутниках и целиком в вентиляционных шахтах.

• Опрокидывание циркуляции в шахтах носит необратимый характер и требует включения дополнительных источников тяги, будь то вентилятор или повышенный ветровой напор.

• Опрокидывание циркуляции в канале-спутнике носит обратимый характер и «нормальная» циркуляция восстанавливается после снятия условий, которые привели к опрокидыванию, либо за счет открытия окон (приточных клапанов).

• Внедрение дефлекторов с вентиляторами и регулируемых приточных устройств в квартирах позволит повысить надежность систем применение регуляторов постоянства расхода позволяет существенно увеличить воздухообмены в помещениях жилых домов оборудованных стандартными системами естественной вентиляции и предотвратить опрокидывание циркуляции в таких системах),

• Кардинальным решением может считаться только внедрение приточно-вытяжной механической вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха.

Пример 2. Анализ схем ИТП с зависимо подключенными системами отопления

Схема 1. Трехходовой смесительный клапан и насос на перемычке.Схема 2. Трехходовой смесительный клапан и насос на подающей (обратной линии). Схема 3. Двухходовой клапан и насос на перемычке.Схема 4. Трехходовой разделительный клапан, насос на подающей (обратной) линии и гидравлическая стрелка (развязка).

Т12G12

G3

G1

Kcm=G3/G1


График зависимости G12 от положения клапана

1

2

3

4

0,57

0,64G12

Степень открытия клапана

0,57

0,78

0,5

0,78

0,51

0,7


График зависимости Ксм от положения клапана

1

2

3

4

00

0,530


Критерии анализа работы схем

Критерий 1. Постоянство расхода воды во внутреннем контуре отопления.Критерий 2. Диапазон регулирования температуры воды, поступающей в контур отопления (коэффициент смешения).


Заключение • 1. В системах теплоснабжения с центральным

качественным регулированием и однотрубной системой отопления наиболее предпочтительным (исходя из выполнения критериев 1 и 2) является применение схемы 1.

• 2. Схему 2 рекомендуется применять при недостатке располагаемого давления на вводе.

• 3. Схему 4 рекомендуется применять в системах, в которых требуется постоянство расхода циркулирующей воды не только в местном, но и наружном контурах, например с местными котельными.

• 4. Схема 3 уступает всем остальным схемам. Диапазонам ее применения могут быть иные системы отопления и теплоснабжения, но не те, которые рассматривались в предлагаемой статье.

Пример 3. Проектирование теплонасосной установки для утилизации теплоты очищенных сточных вод

Структурная схема ТНУ состоит из трех основных элементов: источника тепловой энергии, потребителя тепловой энергии и теплонасосной станции (ТНС). В качестве источников тепловой энергии могут выступать: наружный воздух, внутренний (удаляемый) воздух, грунт, грунтовая вода, сточная жидкость, поверхностная вода рек (озер, морей) и пр. В качестве потребителей тепловой энергии могут выступать системы: отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и теплопотребляющие технологии.




ТН


ТН

Источник


ТН

Источник

Потребитель

Потребитель

Пример 4. Расчет температурного поля трехмерной конструкции

Расчетная схема Расчет температурного поля трехмерной конструкции

выполняется в программе МОДЭН (версия 3.02), которая имеет шаблон, позволяющий проводить расчет в сетке узлов 9*9*9. Это связано с сеткой шаблона 9*9*9. Расчет проводится в динамическом режиме с шагом счета 10 минут без использования итераций. Каждый узел представляет собой параллелепипед с размерами dx*dy*dz. За расчетную принимается температура в центре узла (метод конечных элементов).

Начальные температура слоев составляет 10°С. Начальные температуры и влажность внутреннего и наружного воздуха можно варьировать.


Расчет существующей конструкции при Тнар=-24°С, Тв=18°С и f=60%. На поверхности колонны наблюдается конденсация влаги.

А- парок RAL-4Б- парок VLВ- ячеистый бетон 500 кг/м^3,Г- железобетон или железобетонные плиты


Расчет конструкции с предлагаемым утеплением колонны при Тнар=-24°С, Тв=18°С и f=60%

А- парок RAL-4Б- парок VLВ- ячеистый бетон 500 кг/м^3,Г- железобетон или железобетонные плиты

Пример 5. Сравнение систем остекления

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Успешной сдачи экзаменов и получение профессиональных аттестатов!

Engineering

Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе