Prognostic potential of free convection models for analysis of thermal conditions of heat supply objects

Abstract

The article shows the results of mathematical simulation of convective turbulent heat transfer in the closed domain with heat-conducting walls and the source of heat emission. The system of equations in the model of thermal conductivity for the solid walls and Navier-Stokes equations for gas are solved. The article examines the possible versions of the calculation of the turbulent regime in the geometrically simple air region by means of conducting the simulation within the framework of algebraic models (Van Driest and Prandtl-Reichardt), and k-ε model. On the basis of the obtained results the authors made a conclusion about the possibility of applying the algebraic model of Prandtl to describe the integral characteristics of turbulent flows in the conditions of natural convection in a geometrically simple area when the air heated by the heat source is moved by the lifting force. Besides, the temperature fields for a typical real object of heat supply are simulated in the article. The values of the dimensionless heat exchange coefficient at the air-wall interface are determined. The comparative analysis of two quite significantly different approaches to determine the average temperature in the heated room, i. e. the traditional balance approach and the approach based on the considered system of partial differential equations is executed. It is concluded that the balance models of the calculation of the temperature regime can adequately describe real temperatures of heat supply objects only for very large values of the characteristic times of the processes in question.

Анализ Преимуществ Систем Обеспечения Теплового Режима Локальных Рабочих Зон На Основе Газовых Инфракрасных Излучателей По Сравнению С Традиционными Конвективными Системами Отопления

“…Можно сделать вывод о том, что распределение температуры поверхности пола помещения, обогреваемого газовым инфракрасным излучателем, не зависит от коэффициента излучения напольного покрытия в оптическом диапазоне (по сути цвета: бетон черный, керамическая плитка белая). Установленные в экспериментах закономерности позволяют обосновать гипотезу, что перенос энергии в системе «излучатель -воздух -напольное покрытие» происходит, скорее всего, за счет всех механизмов теплопереноса [10,27]. Также можно сделать вывод о том, что изменение, например, геометрических характеристик крупногабаритных помещений (объёма) на 20 % практически не должно влиять на распределение температур поверхности пола, нагреваемого ГИИ.…”

“…Система уравнений теплопроводности (1), (2) с соответствующими начальными (3) и граничными ( 4)-( 8) условиями решена методом конечных разностей с использованием неявной разностной схемы на равномерной сетке. Для решения системы алгебраических уравнений применялся метод прогонки [10,11].…”

“…Основное преимущество -возможность создания регламентного теплового режима в малом по объему пространстве большого производственного помещения. По результатам теоретических (с использованием моделей [10]) [10][11][12] и экспериментальных [13,14] исследований установлен механизм теплопереноса в зонах поступления теплоты в результате работы ГИИ [12], существенно отличающийся от механизма теплопереноса при работе традиционных конвективных систем отопления [15][16][17]. Установлено, что при работе газовых инфракрасных излучателей нагрев воздуха относительно малого объёма, соответствующего области рабочей зоны, происходит вследствие термогравитационной конвекции [10,11,13].…”

“…По результатам теоретических (с использованием моделей [10]) [10][11][12] и экспериментальных [13,14] исследований установлен механизм теплопереноса в зонах поступления теплоты в результате работы ГИИ [12], существенно отличающийся от механизма теплопереноса при работе традиционных конвективных систем отопления [15][16][17]. Установлено, что при работе газовых инфракрасных излучателей нагрев воздуха относительно малого объёма, соответствующего области рабочей зоны, происходит вследствие термогравитационной конвекции [10,11,13]. Нагретый до относительно высоких температур пол помещения передаёт теплоту воздуху, который поднимается вверх и обеспечивает при необходимых параметрах ГИИ регламентный тепловой режим малогабаритной рабочей зоны [18].…”