Математическое моделирование тепловых режимов теплотрубопроводов в условиях увлажнения изоляции

• Автор: Половников, Вячеслав Юрьевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ТЕПЛА В СЕТЯХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

1.1. Определение теплотехнических параметров теплоносителя в начале и в конце участка теплопровода.

1.2. Измерение линейной плотности теплового потока от трубопровода

1.3. Измерение и расчет теплофизических характеристик, температурных полей и термических сопротивлений конструкций теплопроводов.

1.4. Условия проведения измерений для определения тепловых

потерь.
1.5. Выводы
ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В СИСТЕМЕ ТЕПЛОТРУБОПРОВОД ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА В УСЛОВИЯХ УВЛАЖНЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И МЕТОД ЕЕ РЕШЕНИЯ

2.1. Общая физическая постановка задачи

2.2. Математические модели теплового состояния трубопровода в условиях затопления капала теплосети водой
2.2.1. Одномерная модель теплового состояния трубопровода в условиях увлажнения теплоизоляции
2.2.2. Двумерная модель теплового состояния трубопровода в условиях полного или частичного затопления.
2.2.3. Математическая модель теплового состояния трубопровода в условиях затопления канала теплосети с учетом нестационарности процесса насыщения тепловой изоляции
влагой
2.2.4. Модель теплопереноса в изоляции трубопровода с учетом испарения и фильтрации пара.
2.2.5. Методика приближенной оценки масштабов тепловых потерь трубопровода, работающего в условиях затопления
2.3. Метод решения
2.3.1. Аппроксимация дифференциальных операторов
2.3.2. Решение одномерной задачи. Метод прогонки
2.3.3. Решение двумерной задачи.
2.3.4. Метод решения уравнения неразрывности
2.4. Тестирование математических моделей и метода решения
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ МАСШТАБОВ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТРУБОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ УВЛАЖНЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ.
3.1. Исходные данные
3.2. Анализ теплопотерь теплотрубопровода с использованием одномерной модели теплопереноса
3.3. Анализ теплопотерь теплотрубопровода на базе двумерной
модели
3.4. Анализ теплопотерь теплотрубопровода в условиях конвективного теплообмена
3.5. Оценка масштабов тепловых потерь трубопровода в условиях затопления с учетом нестационарности процесса насыщения тепловой изоляции влагой.
3.6. Оценка масштабов тепловых потерь трубопровода в условиях увлажнения изоляции с учетом испарения и фильтрации пара в слое пористой теплоизоляции.
3.7. Анализ масштабов тепловых потерь трубопровода в условиях увлажнения изоляции на основе приближенной методики.
3.8. Оценка достоверности полученных результатов
3.9. Оценка величины материального ущерба, вызванного увлажнением тепловой изоляции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


В известных работах рассматривался только один метод измерений, в основу которого положено уменьшение температуры теплоносителя , , дальнейшее его развитие отражается только в отраслевых методических указаниях . Большой интерес для практики представляет разработка методики оценки масштабов тепловых потерь трубопроводов, работающих в условиях затопления каналов теплосетей и имеющих насыщенную влагой тепловую изоляцию. В настоящее время в среднем по стране свыше тепловых сетей периодически или постоянно пребывают в состоянии затопления, а в некоторых городах затоплениями может быть охвачено до теплотрасс. Защита каналов сборной конструкции от проникновения грунтовых и поверхностных вод представляет значительные трудности , . Надежность и эффективность действия гидроизоляции подземных сооружений всецело зависят от качества выполнения изоляционных покрытий и соблюдения технических правил . Водонепроницаемость сборных конструкций может быть надежно осуществлена только при условии полной герметизации многочисленных швов между элементами конструкции. Причиной проникновения воды внутрь каналов также часто служит наличие отверстий в стенах в местах примыкания каналов . Высокий уровень стояния грунтовых вод приводит к затоплению каналов, особенно тех, в которых нет устройств отвода воды в дренажную сеть или канализацию . При пребывании теплотрубопроводов в условиях затопления изменяется механизм теплообмена их внешней поверхности с окружающей средой, а влагосодержание тепловой изоляции становится равным максимальному значению, характерному для данного теплоизоляционного материала . В связи с тем 5, что анализ масштабов тепловых потерь трубопроводов, находящихся в условиях увлажнения теплоизоляции, не может быть проведен при помощи единственно используемой в настоящее время методики , возникает научнотехническая задача разработки способов оценки величины потерянной тепловой энергии при работе теплотрубопроводов в подобных условиях. Математическое моделирование процессов теплопереноса в объектах теплоснабжения с учетом взаимодействия с окружающей средой. Цель работы математическое моделирование теплового режима теплотрубопровода в условиях увлажнения тепловой изоляции с учетом основных значимых факторов и процессов, а также создание методики численного анализа величины теплопотерь с его поверхности. Создание математической модели процесса нестационарного теплопереноса в системе теплотрубопровод окружающая среда. Математическое моделирование теплового состояния трубопровода в двумерной постановке, учитывающей режимы работы теплопровода в условиях частичного затопления канала теплосети. Разработка методики численного анализа величины тепловых потерь трубопроводов в условиях увлажнения теплоизоляции. Впервые решена нелинейная нестационарная задача теплопереноса в системе стенка грубы слой теплоизоляции слой воды с учетом испарения влаги, фильтрации пара и воды в слое пористой тепловой изоляции теплотрубопровода. Установлены масштабы тепловых потерь трубопроводов, эксплуатируемых в условиях увлажнения тепловой изоляции. Проведен анализ влияния условий теплообмена на внешнем контуре трубопровода, работающего в состоянии затопления канала теплотрассы. Установлено влияние наличия влаги в теплоизоляции на величину тепловых потерь. Выявлены характеристики процесса насыщения тепловой изоляции влагой. Проанализировано влияние наличия испарения влаги в тепловой изоляции. Проведено сравнение полученных результатов с нормативными значениями тепловых потерь и данными других авторов. Разработана приближенная методика оценки величины теплопотерь трубопроводов, имеющих насыщенную влагой теплоизоляцию. Даны рекомендации по минимизации теплопотерь трубопроводов, находящихся в условиях затопления. Практическая значимость. Проведенные численные исследования вносят вклад в развитие представлений о режимах работы теплотрубопроводов в условиях увлажнения изоляции. В диссертации разработаны теоретические основы методики численного анализа масштабов тепловых потерь трубопроводов, находящихся в состоянии затопления.