Методы расчета тепловых процессов в стационарном переключающемся регенеративном теплоутилизаторе

• Автор: Васильев, Владимир Анатольевич
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Обзор литературных источников. Цели и задачи исследования.
1.1. Требования, предъявляемые к локальным системам
кондиционирования и вентиляции.
1.2. Конструкция и принципы работы регенеративных
теплоутилизаторов в системах кондиционирования воздуха.
1.3. Обзор методов расчета и результатов экспериментальных
исследований регенеративных теплообменников.
1.4. Основные выводы по обзору литературных данных.
Постановка целей и задач исследования.
2. Методы расчета регенеративных теплоутилизаторов.
2.1. Математические модели тепловых и гидродинамических процессов в регенеративном теплоутилизаторе.
2.1.1 Уравнения теплообмена в канале регенеративного теплоутилизатора, граничные и начальные условия.
2.1.2. Разностные аналоги уравнений тепломассопереноса.
2.1.3. Формирование и решение системы алгебраических уравнений.
2.1.4. Определение коэффициента теплоотдачи.
2.1.5. Вычисление коэффициента гидродинамического сопротивления.
2.1.6. Интегральные характеристики эффективности
регенеративного теплоутилизатора.
2.1.7. Программа расчета характеристик регенеративного теплоутилизатора.
2.2. Моделирование процессов в регенеративном
теплоутилизаторе методами вычислительной гидродинамики.
3. Экспериментальные исследования регенеративного теплоутилизатора.
3.1. Цель и задачи экспериментального исследования.
3.2. Описание экспериментальной установки.
3.2.1. Измерение расхода воздуха.
3.3. Цифровой комплекс измерения температуры и
относительной влажности, методика обработки экспериментальных данных.
3.4. Оценка погрешности измерений.

3.5. Результаты экспериментальных исследований.
3.5.1. Исследование аэродинамических процессов.
3.5.2. Исследование тепловых процессов.
4. Расчетные исследования регенеративного теплоутилизатора.
4.1. Результаты параметрического исследования эффективности регенеративного теплоутилизатора.
4.2. Результаты расчетного исследования в среде STAR-CD.
4.2.1 Распределение температуры по длине канала.
4.2.2 Определение коэффициента теплоотдачи.
4.2.3 Гидравлические потери.
4.2.4 Численный эксперимент для верификации результатов STAR-CD.
4.3. Сопоставление результатов расчетных и экспериментальных исследований.
Основные результаты, выводы и рекомендации.
Литература.
Приложения.
ВВЕДЕНИЕ.
Одним из условий для нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение необходимых санитарно-гигиенических норм в жилых и производственных помещениях. Параметры микроклимата (газовый состав, температура, влажность, концентрация аэрозолей, скорость движения воздуха) оказывают влияние на самочувствие человека и его работоспособность. Для поддержания параметров микроклимата на требуемом или приемлемом уровне, применяют разные системы кондиционирования воздуха.
Согласно нормативным документам [22, 72, 73], оптимальными условиями пребывания человека в жилых и производственных помещениях является температура 20-22°С при относительной влажности в 35-45% и скорости движения воздуха не боле 0,2 м/с.
Современные системы отопления вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК) являются сложными инженерными объектами, интегрированными в домовые, квартальные и городские энергетические и коммуникационные системы [82]. Капитальные затраты на устройство таких систем согласно [73], достигают 20% от общей стоимости зданий, а эксплуатационные - 25 - 40% общей стоимости эксплуатации [75]. В современных системах жизнеобеспечения для экономии энергии активно используются вторичные энергетические ресурсы, такие, как теплота удаляемого из помещения воздуха [40, 68].
Существует два основных способа использования теплового потенциала вентиляционных выбросов, рециркуляция удаляемого воздуха и теплоутилизация с использованием теплообменных аппаратов. Рециркуляция вентиляционных потоков во многих случаях ограничена санитарными нормами и не допускается, если в удаляемом воздухе содержатся вредные примеси. Вследствие этого при вентиляции бытовых и офисных помещений, наибольшее

2.1.4. Определение коэффициента теплоотдачи.
В дифференциальные уравнения, полученные в предыдущем разделе, помимо стандартных сведений о материале насадки и теплофизических характеристиках теплоносителя, скорости его движения в канале и продолжительности циклов регенерации/аккумуляции входит коэффициент теплоотдачи а.
Расчет коэффициента а проводился через критериальные зависимости приведенные в [5].
где с1, — эквивалентный диаметр канала; А, — коэффициент
теплопроводности воздуха; N4 - число Нуссельта.
Эквивалентный диаметр вычисляется по формуле
где £ — площадь поперечного сечения канала; П - смоченный периметр. Для определения числа Нуссельта необходимо знать режим движения воздуха в канале насадки. Число Рейнольдса, определяющее режим течения воздуха в канале, вычисляется по следующей зависимости:
где р = 1,29 кг!ж" ~ плотность воздуха т> — характерная скорость воздуха;, г = 1,82 • 10-5 Н • с/м2 - динамическая вязкость воздуха
При скоростях (0,4 м/с, 0,8м/с, 1,4 м/с), характерных для рассматриваемых конструкций, число Рейнольдса лежит в пределах от 100 до 400, что соответствует ламинарному течению. При таком режиме движения можно выделить вязкостный и вязкостно-гравитационный режимы. Они определяются через число Релея

(2.51)

(2.52)
Ла = Эг • Рг
(2.53)