Анализ стационарных тепловых режимов и тепловых потерь подземных заглубленных теплопроводов и исследование температурных полей и закономерностей стационарного теплопереноса в зонах размещения подземных заглубленных трубопроводов
Введение
Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки новых подходов к анализу тепловых режимов и тепловых потерь подземных трубопроводов и подтверждается основными положениями Энергетической стратегии России на период до 2030 г.
Подземные трубопроводы широко используются при транспортировке жидкостей в различных областях, например, таких как водоснабжение и теплоснабжение, нефтепроводы и газопроводы, технологические трубопроводы промышленных предприятий. При проектировании систем такого рода необходимо учитывать нестационарность теплообмена между грунтом и подземным трубопроводом, что во многих случаях оказывает существенное влияние на экономичность транспортировки энергоносителей.
Современные системы централизованного теплоснабжения объединяют передовые технологии оперативного регулирования тепловых режимов и минимизации эксплуатационных затрат Основные преимущества современных сетей централизованного теплоснабжения заключаются в их высокой энергоэффектив
Содержание
Введение……………………………………………………………………………….6
1 Краткий обзор работ, цели и задачи исследований………………………………9
2 Моделирование тепловых режимов бесканальных подземных теплопроводов…………19
2.1 Физическая модель и система координат. Принятые допущения………….19
2.2 Математическая постановка задачи…………………………………………..20
2.3 Определение температур и тепловых потерь с использованием разностного метода……….21
2.3.1 Расчетный алгоритм………………………………………………………22
3 Результаты численных экспериментов процессов теплопереноса в зоне прокладки бесканальных подземных теплотрасс……...31
3.1 Влияние термического сопротивления теплоизоляционного слоя на величину тепловых потерь и распределения поверхностных температур...32
3.2 Влияние влажности грунта и тепловой изоляции на величину тепловых потерь.…….33
3.3 Температурное поле грунта вокруг бесканальных теплопроводов………..37
3.4 Влияние инженерных сооружений на тепловые потери бесканальных теплопроводов……………………..39
3.5 Оценка температурных полей подземных теплопроводов с целью утилизации теряемой теплоты……………………………………………….46
4 Результаты численных экспериментов процессов теплопереноса в зоне прокладки канальных подземных теплотрасс…………………………………..50
4.1 Влияние объемной влажности грунта и тепловой изоляции на величину тепловых потерь и распределение поверхностных температур…………..50
4.2 Результаты численных экспериментов процессов теплообмена при различных условиях работы и предполагаемых дефектах……………53
Заключение…………………………………………………………………………...58
Перечень использованных информационных ресурсов……………………………59
Приложения……………………………………………………62
Перечень использованных информационных ресурсов
1. Федеральный закон РФ №190-ФЗ от 27 июля 2010 года (О теплоснабжении). Принят Государственной Думой 9 июля 2010 года. Одобрен Советом Федерации 14 июля 2010 года.
2. ГОСТ 10704-91. Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент. (с изменениями №1,№2 от 15 ноября 1991 г. №10704-91).
3. СП 41-105-2002. Проектирование и строительство тепловых сетей беска-нальной прокладки из стальных труб с индустриальной тепловой изоля-цией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке. (от 26 декабря 2002 г. №41-105-2002).
4. СП 41-103-2000. Проектирование тепловой изоляции оборудования и тру-бопроводов. – М.: Госстрой России, 2001. – 42 с.
5. СП 61.13330.2012. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003. (с изменением №1 от 27 декабря 2011 г. №61.13330.2012).
6. СП 124.13330.2012. Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003. (от 01.01.2013 г. №124.13330.2012).
7. СП 131.13330.2020. Строительная климатология. Актуализированная ре-дакция СНиП 23.01.99* (утв. Приказом Минстроя России от 28.11.2018 №763).
8. СП 315.1325800.2017. Тепловые сети бесканальной прокладки. Правила проектирования. (от 20 октября 2017 г. №315.1325800.2017).
9. Бахвалов, Н.С. Численные методы. Решения задач и упражнения: Учебник для ВУЗов / Н.С. Бахвалов, А.А Корнев, Е.В. Чижонков. - М.: Бином, 2018. - 352 c.
10. Вабищевич, П.Н. Численные методы: Вычислительный практикум / П.Н. Вабищевич. - М.: Ленанд, 2017. - 320 c.
11. Ерохин, Б.Т. Численные методы: Учебник для ВУЗов/ Б.Т. Ерохин. - СПб.: Лань КПТ, 2017. - 256 c.
12. Зализняк, В.Е. Численные методы. Основы научных вычислений: Учебник и практикум / В.Е. Зализняк. - Люберцы: Юрайт, 2018. - 356 c.
13. Зарипов, Р.С. Численные методы анализа. Приближение функций, дифференциальные и интегральные уравнения: Учебник для ВУЗов / Р.С. Зарипов, Е.Р. Валяева. - СПб.: Лань П, 2018. - 400 c.
14. Калиткин, Н.Н. Численные методы: В 2 кн. Кн. 1. Численный анализ: Учебник / Н.Н. Калиткин. - М.: Academia, 2018. - 48 c.
15. Калиткин, Н.Н. Численные методы: В 2 кн. Кн. 2. Методы математической физики: Учебник / Н.Н. Калиткин. - М.: Academia, 2018. - 48 c.
16. Квасов, Б.И. Численные методы анализа и линейной алгебры. Использование Matlab и Scilab: Учебник / Б.И. Квасов. - СПб.: Лань, 2018. - 328 c.
17. Кузнецов Г.В., Половников В.Ю. Процессы тепло- и массопереноса в кон-струкциях и зонах размещения подземных тепловых сетей. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2019. – 280 с.
18. Пантелеев, А.В. Численные методы. Практикум / А.В. Пантелеев, И.А. Кудрявцева. - М.: Инфра-М, 2018. - 160 c.
19. Панюкова, Т.А. Численные методы
Определения температур поверхности и на границах массива грунта осуществляется в блоках 7 и 8 по формулам (2.9)-(2.12). Расчет температур массива грунта совершается по формуле (2.13) в блоке 9. Здесь вычисляются значения температур в каждом узле расчетной схемы и размещаются в соответствующих ячейках массива.
В блоке 10 определяются линейные тепловые потери теплопроводов, а блок 11 с целью контроля выводит текущие результаты расчета на экран монитора. Итерационный процесс заканчивается в блоке 12, когда выполняется условие:
В противном случае расчет повторяется на новом итерационном этапе, начиная с блока 7, до выполнения данного условия.
Вывод окончательных результатов расчета производится в блоке 13. Здесь макросы выдают на экран дисплея или печатающее устройство следующую информацию: исходные данные расчета, распределение температур внутри и на поверхности грунта, линейные теплопотери, теплопот