Экспериментальное моделирование работы тепловых сетей в условиях увлажнения изоляции
Аннотация
В магистерской диссертации рассматривается вопрос минимизации тепловых потерь при транспортировке теплоносителя по системе трубопроводов с канальной прокладкой, также проблема увеличения потерь из-за ухудшения свойств тепловой изоляции. Отклоняться теплофизические параметры от нормативных характеристик тепловой изоляции могут при нарушении структурной целостности, механических повреждениях, уплотнении или при заполнении пор изоляционного материала другой средой с большим значением коэффициента теплопроводности.
Приведена методика расчёта убытков тепловой энергии в условиях периодического затопления каналов водой, расчёт тепловых сетей Тагилстроевского района г. Нижний Тагил. При этом использовались средневзвешенные скорости теплоносителей и длина трубопроводов в данном районе (данные показатели были взяты из программы Zula – инструмента для теплового и гидравлического расчёта тепловых сетей городских районов).
В работе экспериментальные данные сопоставляются с теоретическими и расчётными значениями, а также с данными других исследователей. Также проводится исследование специфики намокания и диффундирования капельной и парообразной влаги в толщу слоя.
Далее на всём протяжении процесса сушки рассматривается изменение величины тепловых потерь и эквивалентного коэффициента теплопроводности тепловой изоляции и постепенное восстановление её свойств.
Для достоверного определения теплофизических свойств и расчёта параметров теплоизоляционных материалов в реальных эксплуатационных условиях, были проведены многочисленные тесты образцов на стенде, максимально имитирующем эти условия. С использованием методов математического моделирования проведён расчёт тепловых потерь, коэффициента теплопроводности и процесс тепловлагопроводности, Рассчитано распределение температур и массовое влагосодержание по слою теплоизолирующего материала.
Оценивается нормируемый уровень тепловых потерь и определяется требуемая толщина тепловой изоляции.
Производится моделирование процесса сушки согласно двум методикам.
Abstract
The master degree thesis considers minimization of thermal losses during canal pipelining transfer of a coolant. Moreover, worsening of thermal insulation is likely to increase these losses. We find that thermophysical properties can diverge due to several causes, among them structural integrity imperfection, mechanical damage, occurrence of seal or filling of isolation material pores with foreign substance.
This study treats methodology of calculating thermal power losses in conditions of periodical water flooding of canals. Furthermore, the heat network of Tagilstroyevsky district of Nizhny Tagil is calculated on the basis of weighted average maturities of coolants and pipelines length. These values were obtained by Zula program intended for thermal and hydraulic design of urban heat networks.
A detailed comparison is made between experimental data and theoretical and calculated values, and those obtained by other researches. At the same time soaking and diffusing of condensed and vapouring moisture are thoroughly examined.
Afterwards, the study is focused on the drying process, in particular, on the changes in thermal losses and equivalent conductance of thermal insulation until it reaches its property settings.
Samples were repeatedly tested by a stand for the purpose to determine thermophysical properties and parameters of thermal insulation materials in actual operating environment. Methods of mathematical simulation were applied to calculate the process of heat and moisture conductivity, thermal losses, and thermal conductivity coefficient. Simultaneously, measurements were carried out on temperature distribution and the ratio of moisture on a thermal insulating material.
In addition, standardized level of thermal losses and required thickness of thermal insulation are evaluated.
Приведена методика расчёта убытков тепловой энергии в условиях периодического затопления каналов водой, расчёт тепловых сетей Тагилстроевского района г. Нижний Тагил. При этом использовались средневзвешенные скорости теплоносителей и длина трубопроводов в данном районе (данные показатели были взяты из программы Zula – инструмента для теплового и гидравлического расчёта тепловых сетей городских районов).
В работе экспериментальные данные сопоставляются с теоретическими и расчётными значениями, а также с данными других исследователей. Также проводится исследование специфики намокания и диффундирования капельной и парообразной влаги в толщу слоя.
Далее на всём протяжении процесса сушки рассматривается изменение величины тепловых потерь и эквивалентного коэффициента теплопроводности тепловой изоляции и постепенное восстановление её свойств.
Для достоверного определения теплофизических свойств и расчёта параметров теплоизоляционных материалов в реальных эксплуатационных условиях, были проведены многочисленные тесты образцов на стенде, максимально имитирующем эти условия. С использованием методов математического моделирования проведён расчёт тепловых потерь, коэффициента теплопроводности и процесс тепловлагопроводности, Рассчитано распределение температур и массовое влагосодержание по слою теплоизолирующего материала.
Оценивается нормируемый уровень тепловых потерь и определяется требуемая толщина тепловой изоляции.
Производится моделирование процесса сушки согласно двум методикам.
Abstract
The master degree thesis considers minimization of thermal losses during canal pipelining transfer of a coolant. Moreover, worsening of thermal insulation is likely to increase these losses. We find that thermophysical properties can diverge due to several causes, among them structural integrity imperfection, mechanical damage, occurrence of seal or filling of isolation material pores with foreign substance.
This study treats methodology of calculating thermal power losses in conditions of periodical water flooding of canals. Furthermore, the heat network of Tagilstroyevsky district of Nizhny Tagil is calculated on the basis of weighted average maturities of coolants and pipelines length. These values were obtained by Zula program intended for thermal and hydraulic design of urban heat networks.
A detailed comparison is made between experimental data and theoretical and calculated values, and those obtained by other researches. At the same time soaking and diffusing of condensed and vapouring moisture are thoroughly examined.
Afterwards, the study is focused on the drying process, in particular, on the changes in thermal losses and equivalent conductance of thermal insulation until it reaches its property settings.
Samples were repeatedly tested by a stand for the purpose to determine thermophysical properties and parameters of thermal insulation materials in actual operating environment. Methods of mathematical simulation were applied to calculate the process of heat and moisture conductivity, thermal losses, and thermal conductivity coefficient. Simultaneously, measurements were carried out on temperature distribution and the ratio of moisture on a thermal insulating material.
In addition, standardized level of thermal losses and required thickness of thermal insulation are evaluated.