Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время вопросы рационального использования тепла в системах вентиляции, отопления, кондиционирования (СОВК) воздуха привлекают все большее внимание исследователей. Причина этому - значительные энергетические затраты, которые составляют по разным источникам от 38%, до 50% от энергии, получаемой из всего газового, жидкого и твердого топлива.
Поэтому встает вопрос о эффективном проектировании СОВК. Большинство объектов жилищно - коммунальной сферы строится, как правило, в соответствии с действующей нормативной документацией. Но для целого ряда объектов промышленности, и бытовой сферы возникают повышенные требования к распределению и равномерности параметров контролируемой среды. При проектировании таких систем необходимо знать локальные характеристики последней.
В настоящее время не существует комплексного метода, который позволял бы определить локальные характеристики, такие как температуры, скорости, давления для воздушной среды внутри и снаружи здания с учетом наибольшего количества реальных условий, сопряжения рассчитываемых областей внешнего обтекания здания, теплопередачи через ограждения и внутреннего воздухораспределения.
Целью работы является создание научно-обоснованного метода расчета распределения «зависимых переменных» (температуры, скорости, давления, при необходимости - концентрации и влажности) внутри и снаружи зданий, в элементах СОВК при стационарных и нестационарных режимах в условиях моделирования реальной застройки, реального расположения оборудования внутри объекта и воздействия внешних метеорологических факторов.
Научная новизна. Разработан метод расчета локальных характеристик позволяющий исследовать параметры воздушной среды промышленных объектов, совершенствовать проектирование СОВК, более точно определять тепловые характеристики здания, применять объемно-планировочные решения для повьпиения энергетической эффективности СОВК, правильно выбирать размещение воздухораздающих устройств.
Полученные локальные характеристики при обтекании здания потоком воздуха впервые использованы:
при составлении теплового баланса здания по распределению коэффициентов теплоотдачи и тепловых потоков на его поверхности (задача решена в трехмерной постановке с учетом влияния расположения окружающей застройки и использованием в качестве исходной нагрузки ветрового профиля для городской застройки);
для получения распределения температуры, скорости и давления в СОВК внутри здания с учетом размещения и тепловыделения производственного оборудования, сопряжения рассчитываемых областей внешнего обтекания здания, теплопередачи через ограждения и внутреннего воздухообмена. Данный метод позволил, кроме того:
обойтись без расчетов внешних локальных коэффициентов теплоотдачи и рассчитывать непосредственно распределения температуры, используя метеорологические данные снаружи здания при решении задачи внешнего обтекания здания и вігутреннего воздухораспределения в едином расчетном варианте;
определить динамику изменения температуры воздушной среды помещения и получить количественные данные при аварийном прекращении работы различных частей системы кондиционирования для различной тепловой нагрузки.
Усовершенствована к-Є модель турбулентности для описания отрывных течений со вдувом неизотермической струи в сносящий поток. В модель турбулентности внесена поправка на параметр и угол вдува. Проведено сравнение с имеющимися экспериментальными данными. Модель может применяться при расчете различных элементов СОВК.
Впервые получены количественные данные по распределению температуры скорости и давления для элемента пластинчатого теплообменника-утилизатора со вдувом части горячего теплоносителя в холодный с применением усовершенствованной к-Є модели турбулентности. Получены количественные
данные по нестационарному остыванию теплообменника при прекращении вдува.
Впервые метод расчета локальных характеристик использован на всех стадиях проектирования: при определении теплопритоков в здание, выборе системы кондиционирования воздуха из альтернативных вариантов, размещении воздухораздающих устройств, расчете элемента системы - теплообменника-утилизатора, моделировании нестационарных режимов.
Автор защищает:
Метод расчета локальных характеристик использованный при проектировании систем поддержания тепловых режимов, основанный на решении системы дифференциальных уравнений Навье-Стокса.
Результаты численных расчетов полей скорости, температуры, давления для задачи внешнего обтекания, внутри объекта и их использование при выборе альтернативных1 СОВК и их размещении.
Усовершенствованную к-Є модель турбулентности для описания отрывных течений со вдувом неизотермической струи в сносящий поток.
Результаты расчета течения и теплообмена в элементах теплообменника-утилизатора с локальным подводом теплоты и массы, использовашше при выборе режима вдува, не приводящего к обмерзанию.
Апробация работы и публикации: Результаты работы были доложены и обсуждены на II Российской национальной конференции по теплообмену, Москва, октябрь 1998. Основное содержание работы изложено в одной печатной работе.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложения. Объем диссертации составляет 145 страниц, содержит 27 рисунков, библиографию из 110 наименований.
