2. Конструкторская часть.

2.1. Определение требуемой мощности тепловой пушки.

Исходные данные:

V=1000 куб.м – объем обогреваемого помещения.

T1= -15 °C – наружная температура

T2= 20 °C – требуемая температура в обогреваемом помещении

ΔT = T2- T1=20-(-15)=35°C – разница температур

Коэффициент теплоизоляции 0,6≤ k ≤ 0,9 — помещение хорошо утеплено, теплоизоляция высокая (улучшенная конструкция сооружения, кирпичные стены с двойной теплоизоляцией, нормальная толщина основания пола, небольшое количество оконных проемов, оконные конструкции с двойными рамами, крыша из качественного теплоизолирующего материала);

Расчет необходимого количество тепла

[1]

в кВт/ч -

2.2. Определение основных параметров тепловой пушки.

2.3.Определим мощность двигателя и частоту вращения крыльчатки.

Исходные данные:

t = 0.2 часа – время полного обогрева помещения.

r = 0.15 м – радиус сопла

ρ =1.29 кг/куб. м

Площадь сопла

Определим скорость потока воздуха из сопла.

Расчет температурно-скоростного режима работы тепловой пушки.

В связи с отсутствием инженерных методик для определения температурно-скоростных режимов излучающего потока газа, сложностью газодинамических и теплообменных процессов, происходящих в теплообменной трубе, многофакторностью поставленной задачи, исследование проводится методом численного моделирования.

Этапы расчета:

1. Математическое моделирование газодинамических и теплообменных процессов в теплообменной трубе.

1. Разрабатывается трехмерная геометрическая модель расчетных областей.

2. Для расчетных областей выбираются модели и определяются уравнения, решение которых наиболее полно описывает газодинамические и теплообменные процессы в расчетных областях. Течение дымовых газов в расчетной области описывается системой нестационарных дифференциальных уравнений Навье-Стокса, теплообмен - уравнениями сохранения энергии в частных производных в трехмерной постановке. Турбулентность потока описана k-ε моделью.

3. Создается расчетная сетка с измельчением в областях с высокими градиентами зависимых переменных.

4. Задаются начальные условия.

5. Задаются граничные условия:

6. Выполнение расчетов и получение результатов.

2.4. Численное моделирование газодинамических и теплообменных процессов в теплообменной трубе.

Расчет поля скоростей и температурного поля производится путём численного моделирования газодинамических и теплообменных процессов. Решалась сопряженная задача теплообмена с излучением газа в объёме. Была выбрана диффузионная (Р1) модель излучения, подробно описанная в [1]. Расчет проводился с учетом действия гравитационных сил. Течение в трубе и теплообмен описывались системой уравнений, включающей уравнения Навье-Стокса в трехмерной постановке:

;

,

где источник S равен

,

а также уравнение энергии

;

Геометрическая модель рассматриваемого агрегата (рис. 1) состоит из двух расчетных областей – газового пространства 1 и твердотельной стальной пластины 2,сопряженных по общей границе.

1

2

В2

В1

Рис. 1. Расчетные области теплообменной трубы. В1- вход холодного воздуха, поступающего от вентилятора; В2 – вход горячих газов.

При создании геометрической модели сделаны следующие допущения:

1. увеличена толщина тонкостенных элементов до 5 мм в целях укрупнения расчетной сетки, площадь выходного канала была сохранена за счет эквивалентного увеличения диаметра;

2. мелкоячеистая решетка на входе продуктов сгорания В2 заменена однородной поверхностью с сохранением массового расхода газов;

3. мелкие механические особенности агрегата не включались в расчетную область;

Использовалась прямоугольная ортогональная расчетная сетка, шаг которой составил:

по оси x – 0,011 м;

по оси y – 0,004 м;

по оси z – 0,004 м.

Вдоль поверхностей с высокими градиентами скоростей, температур проведено локальное измельчение сетки.

Теплофизические свойства расчетных областей были заданы базой данных программы в виде констант, а также зависимостей от температуры и (или) давления. Для расчетной области 1 было выбрано вещество воздух, для расчетной области 2 – сталь 15Л.

В качестве начальных условий для расчетных областей 1 и 2 установлены параметры:

;

.

Граничные условия:

1. расчетная область Газовое пространство:

• на входе В1 ; ;

• на входе В2 ; ; ;

• на выходной границе ; ;

• шероховатость стенки 500 мк; ;

• L-сопряжение с расчетной областью 2

2. расчетная область Стальная пластина:

• шероховатость стенки 500 мк; ;

• L-сопряжение с расчетной областью 1.