CC BY
12
УДК621.472
ТЕПЛООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПОДЗЕМНОГО ВЕНТИЛЯЦИОННОГО КАНАЛА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ
Мансуров А.А., Холмирзаев Н.С.,Тилавов Ю.С.
Каршинскийгосударственныйуниверситет, Карши, Узбекистан
HEAT EXCHANGE PROCESSES OF THE UNDERGROUND VENTILATION CHANNEL FOR KEEPING AGRICULTURAL PRODUCT
Mansurov A.A., Holmirzaev N.S., Tilavov Yu.S.
Karshi state university, Karshi, Uzbekistan
В статье рассматриваются вопросы математического моделирования теплообменных процессов при движении воздуха по подземному вентиляционному каналу.
Ключевые слова: теплообмен, вентиляционный канал, математическое моделирование.
The article consideres the questions of mathematical modeling of heat exchange processes when moving the air on underground ventilation channel.
Key words:heat transfer, ventilation channel, mathematical model.
Задачей изучения процесса нестационарного теплообмена при движении воздуха в прямом цилиндрическом подземном канале занимались ряд ученых мира. Ими были получены определенные решения данной задачи.
Анализ имеющихся решений изменения температуры приточного воздуха в подземных вентиляционных каналах показал, что для случая поступления в одиночный канал воздуха с переменной температурой уже имеются аналитические решения. Они получены К.Ван-Хеерденом [1] и Стефановым Е.В. [2] при условии гармонических колебаний температуры входящего в канал воздуха. Е.В.Стефановым было доказано, [2], что температура воздуха на выходе из канала без искажений воспроизводит изменения температуры воздуха на входе, но с некоторым запаздыванием во времени и изменением абсолютного значения. Поэтому оказалось целесообразным рассмотреть нестационарный теплообмен в одиночных подземных каналах при переменной температуре воздуха на входе с использованием теории систем автоматического регулирования, что позволило выявить параметры приточных подземных вентиляционных каналов как звена системы автоматического регулирования и получить решения в виде уравнения амплитудно - фазовой характеристики звена
Wr ,= е
- h ■ х 3
M + iN (а) (а)
(1)
где: М(Ю ) - является вещественной частотной характеристикой
Н(ю ) - мнимая частотная характеристика.
Анализ решения (3), полученного на базе теории автоматического регули-
рования показывает, что его можно привести к виду, полученному Е.В.Стефановым. Для этого необходимо воспользоваться рекуррентными соотношениями для функций Томсона и в М(а ) и N(a ) перейти к определяющим процесс теплообмена критериям Био (Bi) и Предводителева (Pd), а передаточную функцию W(ia ) рассматривать как отношение температуры воздуха на выходе из канала t(x, т ) к температуре воздуха на входе в канал t(o, т ). Тогда общее решение, характеризующее степень изменения температуры воздуха на выходе из подземного канала при t(o, т )=AtCosaz будет иметь вид:
- h ■ x , ч
t(x,т) — M + iN )
--= е V (2)
t (o ,т)
Так как сдвиг колебаний (iN) температуры приточного воздуха, движущегося в подземном вентиляционном канале можно не учитывать [3], то степень изменения температуры воздуха на выходе из подземного канала выразится зависимостью
- h ■ x - h ■ х
t (x т) М tx ,т-°Р„--M
(x ,т) я гР я
-= е 3 или-= е я (3)
t, ч t - v
(o,т) o, т гр
где: М, является функцией критериев р = VPd и Bi, учитывает процесс распространения температур в окружающем канал массиве;
а ■ S ■я h =-
Q Уд
х- расстояние от начального до рассматриваемого сечения канала, м; 3 - скорость движения воздуха в канале, м/с;
а - коэффициент теплообмена движущегося воздуха и окружающего канал массива грунта, Вт/м2,0С;
Для процесса охлаждения движущегося в подземном канале воздуха, т.е. использование аккумулированного холода весной и летом
О ее п 0,8 0,2 Вт п 0,8 0,2 ККаЛ (5)
а= 3,55•$ ' • а ' -,или а= 3,05 ' • а ' -,
2 0 2 0 м • С м • ч • С
Для процесса нагревания движущегося в подземном канале воздуха, т.е. аккумуляция холода зимой
/11/: а 0,8 1 -0,2
а = 4,16 -3 • а
0,054 X 1 Вт
л I 2 0
а) м • С
или
, ч 0,054
■3 « а 0,8 й-0,2 I х I ккал а = 3,58 -3 • а ' •!—I -; (6)
I л I 2 0 ()
V а ) м • ч • С
Примечание: при скорости движения воздуха 3 > 10м/с разность эффективностей процессов охлаждения и нагревания воздуха становится не более 0,02 - 0,03, чему соответствует незначительное (не более 0,50С) изменение температуры воздуха, чем можно пренебречь и значение а для охлаждения и нагревания воздуха вычислять по одной зависимости (5). 5 - периметр воздуховода, м; Оуа - удельное количество тепла, переносимое воздухом через поперечное сечение канала в единицу времени,
{д д = С • Р-3 • ^)
игр - температура окружающего канал грунта, 0С;
Для построения номограммы по аналитическому выражению (3) приведем показатель экспоненциальной функции к окончательному виду
И • х а х , „ ---М = -0,00377 -М----(4)
з з а
и определим пределы изменения входящих величин. Исходя из общей оценки всех возможных случаев работы приточных подземных одиночных воздуховодов, находящихся в неограниченном массиве,
а х
можно принять следующие пределы величин р , б/, и :
з а
р = 4р!
с 2 П
— • го = .--го = 0,05 ■ 4,0
а V Т • а
а • г
Ы =-- = 0,5 ■ 40
Я
х
— = 25 ■ 4000
а
а
— = 0,01 ■ 5 3
где: Т - период колебаний, ч;
а - коэффициент температуропроводности окружающего канал массива, м2/ч
го - радиус канала, м; d - диаметр канала, м;
А - коэффициент теплопроводности окружающего канал грунта, Вт/м0С. С целью выявления зависимости M = f (р) и M = f (Bi) были проделаны численные расчеты величины М при фиксированных Bi = (0,5 ^ 40) и р = (0,05 ^ 4,0). Результаты показали, что аппроксимация числа М возможна только для определенных областей значений Bi и р , что отражено в номограмме (Рис. 1), построенной для расчета изменения температуры приточного воздуха, движущегося в одиночных подземных вентиляционных каналах при неограниченном х
— и to т = A ■ cos сот . Эффективность процесса изменения температуры
d ' т
движущегося в канале воздуха во всех случаях будет определяться величиной температурного напора между обменивающимися теплом средами, временем теплового взаимодействия приточного воздуха с грунтом и величиной поверхности теплообмена.
Отношение амплитуд колебаний температур воздуха представлено следующей зависимостью:
A
A
tr
= exp
Г h Л
- — кх 3
(5)
tx
Рис.1. Номограмма для определения затухания амплитуды периодических колебаний температуры приточного воздуха в подземном канале т=24ч., ^=100.
О величине температурного напора можно судить по графикам, характеризующим температуру грунта и изменение во времени температуры наружного воздуха. Аналогичный график построен на рис. 2 применительно к температурно-влажностным условиям Узбекистана.
Рис. 2. График периодического изменения температуры наружного воздуха и соответствующий ей температуры грунта на глубинах от х=1м. до х=6м. Условные обозначения:
__________график периодического изменения температуры наружного воздуха,
0С.
_график периодического изменения температуры грунта на глубине
х=1,2,3,4,5,6м.1, 2, 3,.............месяцы года.
Будем считать наилучшим случай, когда весной и летом поступает наружный воздух с температурой +260С, а зимой с температурой не ниже 00С. Из графика видно, что весной и летом средняя температура воздуха +260С и выше будет наблюдаться в течение 4х месяцев, а зимой наружный воздух с IН=0°С и ниже будет поступать в СВ также в течение 4х месяцев. Кроме того, на графике дана естественная температура окружающего канал грунта на различной глубине. По графику мы можем судить:
1) о величине температурного напора между обменивающимся теплом средам в начале процесса;
2) о минимальном и максимальном снижении амплитуды колебаний температуры воздуха при движении в подземном вентиляционном канале;
3) о характерном времени теплового взаимодействия грунта и воздуха. (Характерным будем считать тот отрезок времени, в течение которого происходит изменение температуры воздуха в результате теплообмена с окружающим канал грунтом).
Таким образом, мы можем сказать, что для каждого климатического района существует характерное время теплового взаимодействия приточного воздуха, движущегося в одиночном подземном вентиляционном канале, и грунта, а результаты
этого теплообмена при t = A ■ cos с т выраженные в изменении температуры о,т t
приточного воздуха, определяются уравнением (3) и построенной по нему номограмме. (Рис.1).
На основе выше приведенных математических уравнений была разработана компьютерная программа и в результате были получены спектр графиков зависимостей с ограниченной научной точностью[4].
Зависимость Цх,т)=ЦАцо,т)). Д)-при нагреве; Б)-пщ охлаждении.
At (х, т)
9,8 7,4 £,6 4,г
At (х, т)
16,3
\г,г
8,9
6,4
10
15 20 Х,м
о s ю is га х,м о s
А)Б)
Зависимость At(х,т) = f (е ) . А)-при нагреве; б)-при охлаждении.
Исходя из выше изложенного, можно сделать следующие выводы:
1. Рассмотренный вариант решения изменения температуры приточного
воздуха при движении в подземном канале при t = A ■ cos ст как звена
o ,т t
системы автоматического регулирования согласуется и приводится к решению, полученному в [3], а само решение приведено к виду (3,4), удобному для построения номограммы;
2. Построена номограмма для практических расчетов изменения температуры приточного воздуха, движущегося в одиночном подземном канале при
неограниченной величине относительного расстояния — и периоде колебаний
d
температуры наружного воздуха;
3. Учет данного изменения температуры приточного воздуха позволит более обоснованно подойти к выбору расчетных параметров наружного воздуха для СВ,
снизить установочную мощность оборудования для холодоснабжения, уменьшить эксплуатационные расходы энергоресурсов, экономить моторесурсы холодильных машин.
Л .Г / _ nx X
4. Графики зависимостей At(x= f (e ) , t(x,T=f(At(o,T) компьютерных
моделей позволяет научно анализировать исследуемые физические процессы
нагрева и охлаждения воздуха.
5. Оптимизировать значения расчетных температур грунтового массива и тем самым добиться снижение установочной мощности оборудования систем холодоснабжения.
Библиографический список
1. Ван-Хеерден К. «Задача о нестационарном тепловом потоке в связи с воздушным охлаждением угольных пластов». Сборник «Вопросы теплообмена». Госэнергоиздат, 1959 г.
2. Стефанов Е.В. «Результаты исследования неизотермического течения несжимаемой жидкости в подземных каналах и трубах». Инженерно-физический журнал т.Х1 №4-1966 г.
3. СНиП 2.04.05-91*«0топление, вентиляция и кондиционирование воздуха» М,1996 г.
4. Шойкулов А.А., Мансуров А.А., Пирова Р. Математическое моделирование нестационарного теплообмена в одиночных подземных вентиляционных каналах. Журнал проблемы информатики и энергетики РУз, №6, 2006.
Bibliograficheskiy spisok
1. Ван-Хеерден К. «Задача о нестационарном тепловом потоке в связи с воздушным охлаждением угольных пластов». Сборник «Вопросы теплообмена». Госэнергоиздат, 1959 г.
2. Стефанов Е.В. «Результаты исследования неизотермического течения несжимаемой жидкости в подземных каналах и трубах». Инженерно-физический журнал т.Х1 №4-1966 г.
3. СНиП 2.04.05-91*«0топление, вентиляция и кондиционирование воздуха» М,1996 г.
4. Шойкулов А.А., Мансуров А.А., Пирова Р. Математическое моделирование нестационарного теплообмена в одиночных подземных вентиляционных каналах. Журнал проблемы информатики и энергетики РУз, №6, 2006.
Мансуров Асрор Азимович- старший преподаватель кафедры«Профессиональное образование», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан,E-mail: mansurovaa@mail.ru
Mansurov Asror - senior lecturer, Department of Professional education, Karshi state university, Karshi, Uzbekistan, E-mail: mansurovaa@mail.ru
Холмирзаев Нодир Сулаймонович- кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика и методика преподавания физики», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан, E-mail: xolmirzaevns@mail.ru
Holmirzaev Nodir - PhD, assistant professor, Department of Physics and methods of the teaching physics", Karshi state university, Karshi, Uzbekistan, E-mail: xolmirzaevns@mail.ru
Тилавов Юнус Суванович- кандидат технических наук, доцент кафедры «Профессиональное образование», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан, E-mail: tilavovo@mail.ru
Tilavov Yunus - PhD, assistant professor, Department of Professional education, Karshi state university, Karshi, Uzbekistan, E-mail: tilavov@mail.ru УДК 536.25
КОНЦЕНТРАЦИОННАЯ И ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ ВОЗДУХА
В ГЕЛИОУСТАНОВКАХ
СадыковЖ.Д., РахимовЖ.С., Рахмонов Ф.Г., Рахимова К.К Каршинскийгосударственныйуниверситет, Карши, Узбекистан
CONCENTRATION AND WARM-UP STRATIFICATION OF THE AIR IN HELIUM
INSTALLATION
SadykovZh.D.,Raximov Zh.S., Raxmonov F.G., Raximova K.K Karshistateuniversity, Karshi, Uzbekistan
В работе рассмотрена концентрационная и температурная стратификация воздуха в солнечных сушильных установках, приведена корреляционная зависимость изменения температуры воздуха по высоте сушильной камеры.
Ключевые слова: солнечная энергия, солнечная сушильная установка, конвекция.
The article consideres the concentration and warm-up stratification of the air in solar dry installation, correlation dependency of the change the temperature of the air on height of the dry camera is established.
Key words: solar energy, solar dry installation, convection.
В низкотемпературных солнечных установках практически всегда существует температурная стратификация [1]. В дневное время в период инсоляции, солнечная радиация прогревает внутренние поверхности установки. Естественной конвекцией тепло передается воздушной среде. Эти процессы в замкнутом объеме конструкции приводят к температурной стратификации воздуха по высоте конструкции. В ночное время стратификация сохраняется, с понижением температуры степень стратификации снижается.
Некоторое нарушение стратификации вызывает естественная аэрация и принудительная вентиляция, инфильтрация и эксфильтрация воздуха в конструкции. Естественная конвекция вновь приводит к стабилизации стратификации.
Условие существования устойчивой стратификации определяется убыванием плотности среды по вертикали:
dp/dh<0 .(1)
Влажный воздух рассматривается как смесь идеальных газов, состоящего из сухого воздуха и перегретого пара (при ненасыщенном воздухе) или насыщенного пара (при насыщенном воздухе). В общем виде плотность влажного воздуха среды является функцией температуры t, давления р и концентрации параС:
р = p{t, р, С) .(1a)
В условиях гелиоустановок барометрическое давление принимается постояннымр=const. Тогда зависимость разности плотностей, определяющих Архимедову выталкивающую силу, от совместного действия переноса тепла и концентрации можно представить в следующем виде
Ар = Ар+ Apc = pofr(t - th) + popc(C - Ch) ;(2)
