Анализ режимов работы системы отопления с элеваторным смешением. Учебное пособие

С достаточной

х 2ρfр2 1 + u 2 −1

х 1 + hк. ⁄h −1.

(18)

для

инженерных расчетов

точностью порядка

10% можно пренебречь

потерями

давления в приемной камере

h

<<h, что значительно упрощает вычисления при сохранении всех

характерных черт процессов отклонения параметров от расчетных

значений.

Например, для up=2,2 напора в тепловой сети перед элеватором

h=20

м в. ст. при открытом вентилеВ и величине

fp/f3=0,1239

(dр/d3=0,35 — соотношение, близкое к оптимальному для uр=2,2)

имеем следующие численные значения параметровP

: номинальные

потери напора в

контуре системе отопления

hSOT=2,18 м в. ст.,

2 fp2SSOTp=11,797 10–3. При закрытии вентиля В (

u

0) расходсет е-

вой воды через сопло возрастает в 1,112 раза, потери напора в систе-

ρ

→

— 4,719 м в.

ме отопления равны hSOT=0,2631 м в. ст., на вентилеВ

ст., на сопле — 24,719 м в. ст. Циркуляционный расход в системе

отопления падает всравнениис номинальным режимомв 2,878 раза.

На рис. 5 представлены зависимости коэффициентов смешения

от величины сопротивления вентиля В в соответствии с (17) для ис-

ходно расчетных оптимальных режимов работы элеваторного узла

с учетом4

(18).

3,5

3

Up=3,4

U

2,5

2

Up=2,2

1,5

Up=1,4

1

Up=1,0

0,5

Up=0,6

0

0

20

40

60

80

SB/SSOTp

Рис. 5. Влияние сопротивления вентиля В на величину коэффи-

циента смешения u

31

Отсюда видно, что значения коэффициентов смешения умень-

шаются в несколько раз при увеличении сопротивления вентиля В

всравнении с сопротивлением контура системыотопленияна 1

–2

порядка. Более интенсивно изменяются коэффициенты смешения

для высоких расчетных значенийup.

Изменение коэффициента смешения при увеличении сопротив-

ления вентиля В приводит к отклонению от расчетных значений

тепловой мощности системы отопления, температур теплоносителя,

средней температуры воздуха в помещении. Изменение тепловой

мощности системы отопления при расчетной температуре наружного

воздуха определяется в соответствии с уравнениями теплового ба-

ланса и теплопередачи приборовτ τ

отопления в виде

τ

τ

Q

tв − tн.о

0,5(τ

′

+τ") − tв

1+m

Go(1 + u)(

τ01

−τ

′)

Q =

=

tв.

− tн.о

=

′

"

=

Goo(1 + uр)(τ

′

−τ

"

,

Qр

0,5

+

τ

р

р − tв.р

р

рτ)uτ

где 01

— температура сетевой воды в подающей линии;

′

′′

,

′

,

′′

р,

р

— температура воды на выходе из элеваторного узла и на выходе из

системы отопления в расчетных и нерасчетных условиях; tв. , tв

—

средняя температура воздуха в

отапливаемых помещениях в расчет-

ных и нерасчетных условиях; tн.

— расчетная температура наружно-

го воздуха. Показатель m определяется видом приборов отопления и

при исследовании принят равным m=0,25. В приведенном уравнении

режимной характеристики приборов отопления пренебрежем явной

зависимостью тепловой мощности от расхода воды через прибор°

отопленияτ′ τ.′′

Остальные°

−параметры°

приняты равными

tв.р=18 С,

р = 95°С,

р

= 70 С,t

.о=

26 C.

На рис. 6а показано

изменение расхода сетевой воды через эле-

На рис. 7а–7д приведены зависимости температуры воды на вхо-

де и на выходеиз системыотопления, а также

средней температуры

воздуха в помещениях от величины сопротивления вентиля В. С уве-

личением его сопротивления возникает общий перетоп в помещени-

ях, сопровождающийся сильной разрегулировкой системы отопле-

ния, выражающейся в существенном отклонении температуры теп-

лоносителя от расчетных значений по высоте стояков системы отоп-

ления.

τ

Температура ’ возрастает примерно на 10…40°С для up=0,6…3,4.

Температура τ” при up=3,4 падает на 10°С, при up=0,6…2,2 практиче-

ски остается неизменной. Средняя температура воздуха в помещени-

ях возрастает на 3…7°С, см. рис. 8.

Тепловая мощность

системы отопления возрастает на 7…15%

приup=0,6…3,4, см. рис. 9.

Столь консервативное поведение системы отопления с элева-

торным узлом является очень удобным для эксплуатации моментом,

так как при сильной разрегулировкевентиляВ еговлияниена сост о-

яние системы отопления не слишком существенное, несмотря на из-

менение коэффициентов смешения внесколько раз.

140

120

100

80

τ"

t, °C 60

40

τ'

tв

20

0

0

20

40

60

80

140

120

t, °C

100

80

τ"

60

τ'

40

tв

20

0

0

20

40

60

80

140

120

100

80

τ"

t, °C 60

τ'

40

tв

20

0

0

20

40

60

80

120

100

t, °C

80

40

τ"

60

τ'

20

tв

0

0

20

40

60

80

120

100

t, °C

80

40

τ"

60

τ'

20

tв

0

0

20

40

60

80

28

26

tв, °C

24

Up=3,4

22

Up=2,2

20

Up=1,4

18

Up=1,0

Up=0,6

16

0

20

40

60

80

1,16

1,14

1,12

1,1

Up=3,4

Q/Qp 1,08

Up=2,2

1,06

Up=1,4

1,04

Up=1,0

1,02

Up=0,6

1

0

20

40

60

80

ϕ

ме того,изменяетсясмысл иколичественное значениекоэффициента

скорости

2. Потеря давления в струе связана с диссипацией кинети-

ческой энергии потока

в вихревых зонах и можетбыть оценена

по формуле Карно–Борда для внезапного расширения потока. Учи-

тывая также потери динамического напора в диффузоре, имеем сле-

ρ

ρ

ρ

дующиебалансовыесоотношения дляпотерь давления

2

2

2

ϕ

2

2

ϕ

fр

fр

w2

+ 1 −

w2

−

2 w2

P

2

(19)

2

2

f3

2

3

2

f3

+ SSOTGoз = h ,

1

2

ρ

2

P

= hSOT.

SSOT Goo 1 + uр

Учитывая равенство Goз

= w2

fp

, определим расход сетевой воды

черезсопло из двухпоследнихсоотношений

1/2х

ϕ1

Goз

= Goo(1 + up) h/hSOTP

−1/2

fр

2

ϕ2

fр

2

ρ

2

х 1 +

2

+ 1 −

f3

−

3

f3

2 fр SSOTp

∙

(19а)

1

Для номинальных режимов с up=2,2, fp/f3=0,1239 и принятого

выше значения напора перед элеваторным узлом получим для пол-

ного закрытия клапана В Goз=0,7688Goo, потери напора в системе

отопления 0,1258 м в. ст., падение циркуляционного расхода в систе-

меотопления происходит в4,162раза.

→

0 к u=0 будет про-

Очевидно, что переход системы от случая u

4

3,5

3

Up=3,4

2,5

U 2

Up=2,2

1,5

Up=1,4

1

Up=1,0

0,5

Up=0,6

0

SSOT/SSOTp

0

10

20

30

40

Рис. 10. Влияние сопротивления системы отопления с вентилями

С иD SSOT на величинукоэффициента смешения

2ρfр2[SSOT(1 + u)2](1 + hк⁄h) ≈

≈

fр

2 2

+ 2

ϕ

2 −

2

fр

u

2

− 2 −

3

fр

(1 + u)

2

. (20)

ϕ

ϕ1

ϕ2

f3

4

fн

f3

39

По аналогии с предыдущим случаем с достаточной для вычисле-

ний точностью можно пренебречь потерями давления в приемной

камере hк<<h.

Увеличение сопротивления от минимального значения SSOTmin, со-

кр

ответствующего открытым вентилям С и D, до критического значе-

ния SSOT сопровождается падением коэффициента смешения от мак-

симального значения до нуля. При критическом значении сопротив-

ления системы отопления с регулировочными вентилями происхо-

кр

дит прекращение подмешивания потока обратной воды после систе-

мыотопления.Величина S

SOT

ϕ

ϕ

определится из (20) при условииu=0

кр

f3р

2

2 − ρ2 −

32

f3р

SSOT

≈

f

2 f 2

f

.

(21)

Из (18) и (21) следует степень

возрастания

сопротивления кон-

тура системы отопления по отношению к расчетному значению со-

противления системы отопления, при которой происходит прекра-

щение подмешивания обратной водычерез перемычку с вентилем В.

В этом случае можно предположить существование следующей

картины течения в элеваторном узле. Часть активного потока прохо-

дит через приемную камеру, ЦКС, диффузор и систему отопления.

Течение этой части потока может происходить в окружении вихре-

вых циркуляционных зон при возрастании

поперечного

сечения

в направлении°

движения. Другая часть активного потока разворачи-

вается на 90 вприемной камереи поступаетчерез вентиль В на слив

в обратную линию. Величина расходов этих потоков зависит от вели-

чины местных сопротивлений для каждого из них в элеваторном уз-

ле, а также от сопротивленийSB

иSSOT.