Учебное пособие 800499

работоспособной в связи с тем, что элеваторный узел не в состоянии обеспечить минимальные требуемые потери давления на регулирующем клапане (примерно 30 кПа).

Необходимость поддержания перед элеватором повышенного давления в теплосети также является ощутимым недостатком данной системы. Соблюдение данного условия приводит к преждевременному износу трубопроводов и оборудования системы отопления, что существенно повышает аварийность и затраты на её обслуживание и ремонт.

Для повышения энергоэффективности и поддержания комфортного микроклимата в отапливаемых помещениях необходимо заменить элеваторный тепловой узел на автоматизированный узел управления (АУУ), который служит для регулирования и поддержания расчетных параметров теплоносителя (температура, давление), поступающего из тепловой сети в систему отопления обслуживаемого здания или сооружения в автоматическом режиме. Регулирование осуществляется в соответствии с температурой наружного воздуха: чем она ниже, тем выше температура теплоносителя, и наоборот. Также применение АУУ позволяет поддерживать расчетный перепад давления между подающим и обратным трубопроводами системы отопления.

В процессе исследования был переоборудован тепловой пункт с элеваторным узлом смешения (рис. 2). Согласно проведенным измерениям (табл. 1), температура теплоносителя в обратном трубопроводе свидетельствуют о «недогреве» или «перегреве» в обслуживаемых помещениях.

Рис. 2. Принципиальная схема ИТП до реконструкции:

1 – кран шаровой; 2 – термометр; 3 – манометр; 4 – элеватор; 5 – реле давления; 6 – фильтр; 7 – воздушник; 8 – спускник

30

Таблица 1 Показатели системы отопления с элеваторным узлом смешения

Для регулировки расхода теплоносителя на ответвлениях обратного трубопровода были установлены балансировочные клапаны MNF производителя Danfoss. Выбор диаметров и настройки клапанов осуществлен по номограмме (рис. 3). Настройка балансировочных клапанов выполняется для дросселирования определённого давления, либо для ограничения заданного расхода.

Рис.3. Диаграмма для выбора диаметров и настройки балансировочных клапанов MNF [8]

31

В процессе реконструкции данного теплового пункта было принято решение о замене элеваторного узла смешения на автоматизированный узел управления с насосным смешением (рис. 4). Параметры теплоносителя в обратном трубопроводе приведены в табл. 2.

Рис. 4. Принципиальная схема ИТП после реконструкции: 1 – кран шаровой; 2 – манометр; 3 – регулирующий клапан

с электроприводом; 4 – термометр; 5 – воздушник; 6 – спускник; 7 – датчик температуры; 8 – обратный клапан; 9 – вибровставка; 10 – циркуляционный насос; 11 – реле давления; 12 – фильтр;

13 – балансировочный клапан № 1; 14 – балансировочный клапан № 2; 15 – балансировочный клапан № 3; 16 - балансировочный клапан № 4; 17 – балансировочный клапан № 5; 18 – датчик температуры наружного воздуха

Таблица 2 Показатели системы отопления с автоматизированным узлом

управления

32

В результате обсуждения проведенного опыта по модернизации теплового пункта были выявлены следующие изменения:

-на ответвлении «а» расход увеличился на 50 %, температура повысилась на 87,1 %;

-на ответвлении «б» расход увеличился на 39 %, температура понизилась на 8,7 %;

-на ответвлении «в» расход уменьшился на 27,5 %, температура осталась прежней;

-на ответвлении «г» расход уменьшился на 34,3 %, температура понизилась на 8,7 %;

-на ответвлении «д» расход уменьшился на 62,5 %, температура понизилась на 15,6 %.

Произошло фактическое понижение температуры в обратном трубопроводе. Замена элеваторного узла на автоматизированный узел управления привела к энергоэффективному понижению температуры в обратном трубопроводе за счет погодозависимого регулирования. Установка и настройка ручных балансировочных клапанов позволила правильно распределить расход теплоносителя по внутренним контурам системы отопления.

Все вышеперечисленные меры привели к тому, что в помещениях с «перегревом» и «недогревом» удалось нормализовать температуру внутреннего воздуха, согласно оптимальным параметрам микроклимата, приведённым в нормативной документации [9].

Литература

1.Исанова, А.В. Оптимизация работы теплонасосной пофасадной системы отопления при соблюдении требуемых параметров теплового комфорта жилых зданий / А.В. Исанова, Г.Н. Мартыненко // Научный журнал строительства и архитектуры. ‒ 2018. ‒ № 3 (51). ‒ С. 40-47.

2.Isanova, A.V. Optimization of operation of a heat-pump facade system of heating during observance of the required parameters of thermal comfort of residential buildings / A.V. Isanova, G.N. Martynenko, A.A. Sedaev // Russian Journal of Building Construction and Architecture. ‒ 2018. ‒ № 4 (40). ‒ С. 6-14.3.

3.Китаев, Д.Н. Уравнения характерных значений температурных графиков / Д.Н. Китаев, Г.Н. Мартыненко, А.В.

33

Лобода // Научный журнал строительства и архитектуры. ‒ 2019. ‒

№3 (55). ‒ С. 21-27.

4.Маслова, Т.О. Энергосбережение в жилищном фонде Маслова Т.О., Курасов И.С., Мартыненко Г.Н. Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации. – 2018. – № 1 (10). – С. 20-31.

5.Исанова, А.В. Аспекты внедрения теплонасосных систем теплоснабжения / А.В. Исанова, Г.Н. Мартыненко, В.И. Лукьяненко // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды науч.-техн. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. – Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. – Вып. 16. ‒ С. 82-86.

6.СП 41-101-95 Проектирование тепловых пунктов. – М.: Минстрой России, 1996. – 165 с.

7.СП 60.13330.2012 Отопление, вентиляция и

кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003: Введен 2013-01-01. – М.: Минрегион России, 2012. ‒ 88с.

8.Тепловая автоматика. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://www.danfoss.com/ru-ru/about-danfoss/our-businesses/heating/ catalogues.

9.ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. ‒ М.: Стандартинформ, 2011. ‒ 20 с.

34

УДК 667.712

МОДЕЛИРОВАНИЕ РОСТА ЧАСТИЦ В ПОТОКЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ С УЧЕТОМ УВЕЛИЧЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

А.В. Муравьев1, Т.А. Чикина2, В.Ю. Дубанин3, Д.А. Прутских4, А.М. Наумов5

1Канд. техн. наук, nix2001@yandex.ru

2Бакалавр гр. бПТ-171, chikina.tanya99@mail.ru

3Канд. техн. наук, vdubanin@cchgeu.ru

4Канд. техн. наук, dprutskikh@cchgeu.ru

5Канд. техн. наук, anaumov@cchgeu.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация: в данной работе предложено математическое моделирование частиц осадка карбоната кальция в виде отложений на внутренней стенке с учётом концентрации раствора и влияния температуры

Ключевые слова: концентрация, отложения, осадок, карбонат кальция

Фазовые отложения формируются при помощи различных физических и химических факторов таких как; температура, скорость, pH, диаметр, метал, шероховатость поверхности и др. В водной среде всегда находятся частицы различных размеров и разных по химико-биологическому составу. Так же погодные условия и времена года оказывают на воду существенное изменение по химическому составу. Одним из главных факторов, который влияет на формирование осадка в теплообменном оборудовании, является наличие кальция и рН воды. Исследования показывают, что рН с высоким показателем жидкости приводит к уменьшению растворимости газов, при этом рН пропорционально соизмерим с температурным эффектом. Так при химико-физических процессах происходит образование частиц различного размера. Частицы могут быть от 0,001 до 50 и более мкм. В процессе роста частиц они могут иметь различные размеры, и при их слиянии происходит укрупнение до 50 мкм. На рост частиц влияет и присутствие в них разности их потенциалов. Рост частиц из водного раствора происходит за счет разносности потенциалов химических элементов. Для нахождения

35

данного потенциала запишем уравнение для находящегося раствора в равновесном объёме:

где C0 – содержание в растворе CaCO3.

При расчёте данного роста частиц необходимо рассмотреть существование как положительных, так и отрицательных ионов в частице, они присутствуют в частице и могут быть разными по содержанию и количеству. Частицы, не имеющие ионов со знаком «+» и «-» не будут рассматриваться в процессе, так как не взаимодействуют между собой.

Для расчёта данных частиц необходимо воспользоваться формулой Рашковича и в следствии получим:

уравнению (2). Уравнение (3) применимо только для низкого содержания концентрата в системе. Таким образом запишем уравнение для «+» и «-» ионов и повышенной концентрации вещества, справедливо уравнение:

оказывает на расчёты за счёт солесодержания pH, в рамках заданной площади жидкости и наличие CO2 . Сам карбонат кальция может

находится в системе в двух соединениях, в одном варианте из анионов и образуется в кислых средах и нейтральных и тогда получим уравнение:

36

самой системы и происходит окисление и следственно к снижению

увеличивать растворимость карбоната кальция CaCO3 .

Если рассматривать нашу систему как замкнутую, без доступа воздуха СО3, то карбонат кальция будет формироваться из концентрации ионов Са2+ в системе. Следственно получим формулу для пересыщения (2).

Увеличение в объёме одной частицы возрастает с повышением температуры в системе. Следственно в системе это происходит по гетерогенному закону, и вследствии чего можем записать уравнение:

(7)

где Nc – концентрация частиц зарождения; – временной фактор; Wg – фактор, зависящий от поверхностного натяжения

частицы; S – раствор перенасыщенный.

Далее будем принимать, что зарождение новых частиц будет меняться в сторону увеличения роста более новых частиц.

Рост частицы определяется за счёт движения самого атома:

H – энтальпия образования самого каркаса частиц, Z1 – отчёт

37

образования частиц. При учёте всех факторов запишем простой критерий для учёта структуры шероховатости самой частицы и её геометрические характеристики: если H / kT 2 , шероховатость частицы; в случае же H / kT 2 тогда структура гладкая. Тогда можно сделать вывод, что сама форма частицы неоднородна и многогранна. В действительности, появление новых частиц и их рост будет происходить из солей водного раствора, что подтверждено многочисленными публикациями.

Рост частицы запишем [1]:

частицы.

Когда у нас присутствует малая концентрация солей в растворе [2], то и скорость образования частицы будет невелика в итоге получим следующую задачу:

подслой то R1 R0 20 .

Тогда коэффициент V (d ) определяет:

38

характеризует влияние молекулярной зависимости и диффузии [4] в росте частицы. При Z 1 высокий рост d 0 . Если же Z 1, то происходит слабый рост частиц.

Литература

1.Муравьев, А.В. Экспериментальные исследования процесса образования отложений в каналах с кольцевыми турбулизаторами энергетических установок / А.В. Муравьев, Д.А. Прутских, А.В. Бараков, Н.Н. Кожухов // Проблемы, перспективы и стратегические инициативы развития теплоэнергетического комплекса: матер. Междунар. науч.-практ. конф. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. – С. 179-183.

2.Муравьев, А.В. Модель распределения частиц по размерам в потоке теплоносителя теплообменной трубки / А.В. Муравьев // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды научно-технической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов. – Воронеж: Воронежский государственного технического университета, – 2014. – Вып. 16. – С. 4-11.

3.Муравьев, А.В. Математическое моделирование образования отложений на теплообменной поверхности трубки в условиях турбулизации / А.В. Муравьев, И.Л. Батаронов // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2015.

–Т. 11. № 4. – С. 111-114.

4.Муравьев А.В. Распределение температуры вдоль канала теплообменной системы / А.В. Муравьев, Н.О. Мартыненко // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды научно-технической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов. – Воронеж: Воронежский государственного технического университета, – 2012. – Вып. 14. – С. 38-44.

39