книги из ГПНТБ / Комягин Л.Ф. Бесшатровые неотапливаемые водонапорные сооружения научно-техническое сообщение

В основное уравнение (18) и расчетные формулы тепло­ обмена (33) — (38) входят различные параметры. От точности определения величины этих параметров в значительной степени зависят результаты последующих теплотехнических расчетов. Поэтому ниже, в §§ 7- 13, произведено уточнение существую­ щих, а в случае надобности и вывод новых формул, для опре­ деления величины основных параметров:

^СВ’ V И ^В» С учетом специфических особенностей теплообме­ на в водонапорных сооружениях.

§7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУР ВОЗДУХА

ИСКОРОСТИ ВЕТРА

Температура воздуха, скорость и направление ветра меня­ ются часто и в больших пределах; обычно их замеряют на метеорологических станциях четыре раза в сутки в строго уста­ новленные климатологические сроки -1; 7; 13 и 19 час. по местному солнечному времени [74].

Длительность холодного периода года в большинстве пунктов Советского Союза бывает значительной, нередко достигает нескольких месяцев; поэтому теплотехнические рас­ четы приходится производить по осредненным значениям температуры и скорости ветра за те или иные отрезки временисутки, пятидневки, десятидневки, месяцы и т. д.

Расчетные формулы, по которым производят вычисление средних значений t„; taB и va на основе данных метеорологиче­ ских станций или специальных замеров, приведены ниже.

Средние, за любой период времени, т час.:

II

62

(39) — (41) так, чтобы все параметры, входящие в них, отно­ сились к соответствующему периоду тох или тл.

Пример 1. Бесшатровая водонапорная башня с цилиндрической опорой расположена на станции Веймарн Октябрьской ж. д. Во время опытовбашню заполнили водой и отключили от напорно-разводящей сети на пе­ риод с 7 час. 9 февраля до 9 час. 12 февраля. В этот период вели наблю­

дения за временем появления льда в башне и производили замеры т; ta

1а& и оа.

Лед появился на внутренней поверхности стенок башни 10 февраля в 14 час. Результаты замеров приведены в выписке из рабочего журнала

иизображены на рис. 36.

Выписка из рабочего журнала замеров т; ta; <вв и va (к примеру 1)

63

Средние за это время значения tа\ tm и v'a определены по формулам!

39); (40) и (41).

по аналогии t'aa 31,2: 31 — 1° ;

а"ох

Длительность II стадии охлаждения воды (с льдообразованием) тл—

— 43 часа. Средние за это время ta = -~~- --- — 14,9”; 43

по аналогии

= - ^4з6— - ~ ’0.9°;

4 = — 10,9 ч 14,9 = 4°;

103,1

va = 43 = 2,4 м;сек.

Скорость ветра у самой поверхности земли, как известно,,’ близка к нулю. По мере удаления от земли она быстро воз­

где ун— нарастание скорости ветра, м/сек;

h — высота расположения точки замера скорости ветра относительно поверхности земли, м.

Эпюра скорости ветра по высоте башни-колонны, построен­ ная по формуле (42), имеет вид, изображенный на рис. 37.

На метеорологических станциях нормальную высоту рас­ положения оси флюгера, посредством которого замеряют ско­ рость ветра, в настоящее время, как правило, принимают' равной Лф= 10— 12 ж [74]. На некоторых же давно сущест­ вующих станциях она имеет величину /гф= 6 —20 м.

Высота водяного столба в водонапорном сооружении,

Поэтому, в тех случаях, когда для теплотехнического рас­ чета бесшатровых водонапорных сооружений приходится паль­

бе

Рис. 37. Эпюра скорости ветра по высоте и сечению башни.

зоваться данными о скорости ветра с метеорологических станций, возникает необходимость вносить в эти данные соот­ ветствующие коррективы — принимать величину скорости ветра, соответствующую высоте расположения частей башни, равной

/ /7 '0,5

где ’«=(-,-“ — поправочный коэффициент на скорость

\/

ветра из-за разности высот расположения флюгера и средней части водонапорного сооружения, 1га;

Оф — скорость ветра на высоте расположения флюгера местной метеорологической станции, м/сек. Значения

приведены в табл. 6.

Таблица 6

Поправочный коэффициент t,a на скорость ветра из-за разности высот расположения флюгера йф и средней части водонапорного

сооружения ha от поверхности земли_

Скорость ветра vb, обдувающего поверхность вертикального цилиндрического бака на высоте ha, направлена по касатель­ ной к окружности бака и в отдельных точках последней меня­ ется от 0 до 2 va по формуле [64, стр. 131]:

где а — угол наклона радиуса, проведенного через какую-либо точку, расположенную на окружности периметра бака, к направлению ветра.

Эпюра скорости ветра по периметру окружности попереч­ ного сечения цилиндрического бака, построенная по формуле

Поэтому в дальнейших теплотехнических расчетах бесшатровых водонапорных сооружений средняя скорость обдувания наружной поверхности бака принята равной скорости ветра на соответствующей высоте.

Числовые значения ta и Пф в среднем за каждый месяц и в наиболее холодную пятидневку в году в различных местах Советского Союза приводятся в «Строительных нормах и пра­ вилах» [4] и в соответствующих справочниках. Некоторые дан­ ные о ta и Цф приведены в приложении II.

Пример 2. По данным местной метеорологической станции, среднеме­ сячная скорость ветра в пункте N равняется в ноябре Оф = 3,4 м/сек при расположении флюгера на высоте Лф = 10 м.

Определить среднюю по высоте водонапорного сооружения скорость обдувания ветром поверхности его стенок в том же месяце (ноябре), в случае устройства в упомянутом пункте N\

68

§ 8. УЧЕТ ТЕПЛА ОТ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

Лучистая энергия поступает от Солнца на Землю в виде прямой и рассеянной радиации. Эта радиация частично погло­ щается Землей и превращается в тепловую энергию, а частично отражается от Земли и уходит в мировое пространство.

В бесшатровые водонапорные сооружения радиация посту­ пает на крышу, стены и днище, которыми она частично погло­ щается и превращается в теплоту, а частично отражается на соседние строения или уходит в атмосферу.

1. Тепло, поступающее от солнечной радиации на крышу бака, передается через кровлю сначала воздуху, находящемуся внутри бака, а затем от воздуха к свободной поверхности воды

вбаке. В водонапорных башнях воздух внутри бака сообщается

снаружным воздухом по вентиляционной трубе, устроенной в кровле. В результате тепло, поступающее от солнечной радиа­ ции через кровлю к воздуху внутри бака, частично уносится этим же воздухом наружу по вентиляционной трубе, а час­ тично остается внутри бака, где смешивается с теплом, выде­ лившимся из воды. В конечном итоге температура воздуха внутри бака повышается на величину Д = taa — ta. Соответст­

венно понижаются величины: температурного напора с до «в = , коэффициента теплопередачи воды через ледяную пленку на свободной поверхности воды к воздуху внутри бака с /гсв до р£св и общего коэффициента теплопередачи k водо­ напорного сооружения к наружному воздуху. Поэтому тепло, поступающее от солнечной радиации на крышу водонапорных башен, учитывается в формулах теплообмена (18), (33) — (38)

коэффициентом р = —; величина р входит в состав пара-

метра k в формуле (19).

Ранее в § 7 отмечалось, что в холодный период года вели­

радиации на герметически закрытое верхнее днище резервуара (котла) гидропневматического аккумулятора, излагается ниже, в конце параграфа.

69

2. Тепло, поступающее от солнечной радиации на верти­ кальные цилиндрические стенки водонапорного сооружения,

передается воде через толщу материала этих стенок.

До устройства в разных местах Советского Союза актино­ метрических станций, непосредственно замеряющих приборами величину поступления на Землю солнечной радиации, опреде­ ление этой величины производилось теоретическим путем по формулам В. Г. Кастрова, Н. М. Копылова, И. К. Разумова, С. И. Савинова, В. Н. Украинцева и других [73], [75], [76], [79]. Такие вычисления, несмотря на свою сложность и трудоем­ кость, являются весьма ориентировочными. В 'настоящее вре­ мя во всех районах нашей страны имеются актинометриче­ ские станции, которые ежесуточно замеряют величину поступ­ ления на землю прямой, рассеянной и отраженной солнечной радиации. Обычно эти замеры относят к 1 см2 горизонтальной поверхности и выражают в кал/см2 ' сутки или ккал/см2 ■ месяц.

Что касается вертикальных поверхностей, то для опреде­ ления количества радиации, поступающей на них, требуется, производство специальных замеров или пересчет обычных заме­ ров по соответствующим формулам, выражающим связь между поступлением солнечной радиации на горизонтальную и верти­ кальную поверхности. Вывод такой формулы, применительно к условиям облучения солнцем вертикальных поверхностей водонапорных сооружений цилиндрической формы, приводится ниже. Он основан на исследованиях П. Н. Тверского [79], В. В. Шаронова [80], Н. Н. Калитина и К. Я. Кондратьева [75] — [77] <и вытекает из уравнения радиационного баланса тепла на вер­ тикальной цилиндрической поверхности стенок бака

70