Применение методов математического моделирования при...
TRANSCRIPT
![Page 1: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/1.jpg)
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И АНАЛИЗЕ
СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ, ВЕНТИЛЯЦИИ И ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.
![Page 2: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/2.jpg)
Что мы понимаем под математическим моделированием?
Математическое моделирование инженерных систем – описание языком формул, правил, высказываний, текстов и т.д. работы реально действующих или проектируемых инженерных систем.
![Page 3: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/3.jpg)
Занимались ли в прошлом математическим моделированием систем ОВ?
• Этап 1. Математическое описание процессов в системах ОВ, допускающих простой ручной счет.
• Этап 2. Расчет на ЭВМ гидравлических и тепловых задач (стационарный случай). Заполнение бланков исходных данных.
• Этап 3. Расчет на ЭВМ гидравлических и тепловых задач (стационарный случай). Ввод исходных данных прямо на компьютере.
• Этап 4. Моделирование произвольных гидравлических (тепловых…) задач (нестационарный случай). Ввод исходных данных прямо на компьютере.
![Page 4: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/4.jpg)
Почему необходимо использовать методы математического моделирования?
• Позволяет учесть различные влияния на работу систем ОВ.• Позволяет увидеть работу систем ОВ во времени
(нестационарно).• Позволяет сравнить работу реальной системы с ее
математической моделью при условиях работы реального объекта. Проектировщик рассчитывает свою систему на какие-то расчетные параметры, в реальной жизни таких параметров не бывает (или бывают крайне редко и их ждать может жизни не хватить).
• Позволяет оптимизировать как работу, так и элементы системы.
![Page 5: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/5.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
Предварю примером из жизни
Купили новую вытяжку над плитой
![Page 6: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/6.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
Пример из жизни
Включили. По квартире пошел неприятный запах. Поняли, что он из вентканала санузла.
![Page 7: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/7.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
Пример из жизни
Долго искали причину. Склонялись к плохому качеству вытяжных каналов. Якобы между каналами есть связь.
![Page 8: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/8.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
Пример из жизни
А как думаете Вы, как решить проблему?
![Page 9: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/9.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
Пример из жизни
Просто открыть окно и обеспечить приток!!!
![Page 10: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/10.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
![Page 11: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/11.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
Воздухообмены (L) и температуры внутреннего воздуха (Тв) по этажам при Тнар = –28 °C, w = 0 м/с: 1L (Т) – график теплоносителя 105/70 °C («старые» окна), 2L (Т) – график теплоносителя 95/60 °C («старые» окна), 3L (Т) – график теплоносителя 95/60 °C («новые» окна)
![Page 12: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/12.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
Опрокидывание вентиляции в шахте системы ВЕ2: 1 (3, 5) – последовательное включение вентиляторов, 2 (4, 6) – последовательное отключение вентиляторов 1 (2) – Тнар = –28 °C; 3 (4) – Тнар = –5 °C; 5 (6) – Тнар = +5 °C, w = 0 м/с
(1-9 – на этажах, 10 – в шахте ВЕ1);
![Page 13: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/13.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
Зависимость воздухообмена (L) по системам в помещении 9-го этажа от разности отметок дефлекторов (dН) приТнар = +5 °C, w = 0 м/с и закрытых («новых») окнах
![Page 14: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/14.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
![Page 15: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/15.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
![Page 16: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/16.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
![Page 17: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/17.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
![Page 18: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/18.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
Существует несколько типов приточных устройств систем естественной вентиляции, это и нерегулируемые и регулируемые вручную щели в окнах, регулируемые по датчикам влажности приточные клапана и саморегулируемые приточные устройства позволяющие поддерживать постоянный расход приточного воздуха (регулятор постоянства расхода). Регуляторы устанавливаются в наружную стену (окно) и позволяют ограничивать с достаточной точностью расход приточного воздуха поступающий в помещение. Одним из ведущих производителей последних является фирма ALDES (Франция)
Регулятор постоянства расхода (РПР) воздуха
![Page 19: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/19.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
![Page 20: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/20.jpg)
Пример 1. Вентиляция в многоэтажном жилом здании
Заключение
• Неустойчивая работа систем естественной вентиляции характеризуется переменным воздухообменом создаваемым системой, неравномерностью воздухообмена и температур внутреннего воздуха по этажам, опрокидыванием циркуляции в поэтажных каналах-спутниках и целиком в вентиляционных шахтах.
• Опрокидывание циркуляции в шахтах носит необратимый характер и требует включения дополнительных источников тяги, будь то вентилятор или повышенный ветровой напор.
• Опрокидывание циркуляции в канале-спутнике носит обратимый характер и «нормальная» циркуляция восстанавливается после снятия условий, которые привели к опрокидыванию, либо за счет открытия окон (приточных клапанов).
• Внедрение дефлекторов с вентиляторами и регулируемых приточных устройств в квартирах позволит повысить надежность систем применение регуляторов постоянства расхода позволяет существенно увеличить воздухообмены в помещениях жилых домов оборудованных стандартными системами естественной вентиляции и предотвратить опрокидывание циркуляции в таких системах),
• Кардинальным решением может считаться только внедрение приточно-вытяжной механической вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха.
![Page 21: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/21.jpg)
Пример 2. Анализ схем ИТП с зависимо подключенными системами отопления
Схема 1. Трехходовой смесительный клапан и насос на перемычке.Схема 2. Трехходовой смесительный клапан и насос на подающей (обратной линии). Схема 3. Двухходовой клапан и насос на перемычке.Схема 4. Трехходовой разделительный клапан, насос на подающей (обратной) линии и гидравлическая стрелка (развязка).
Т12G12
G3
G1
Kcm=G3/G1
![Page 22: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/22.jpg)
Пример 2. Анализ схем ИТП с зависимо подключенными системами отопления
График зависимости G12 от положения клапана
1
2
3
4
0,57
0,64G12
Степень открытия клапана
0,57
0,78
0,5
0,78
0,51
0,7
![Page 23: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/23.jpg)
Пример 2. Анализ схем ИТП с зависимо подключенными системами отопления
График зависимости Ксм от положения клапана
1
2
3
4
00
0,530
![Page 24: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/24.jpg)
Пример 2. Анализ схем ИТП с зависимо подключенными системами отопления
Критерии анализа работы схем
Критерий 1. Постоянство расхода воды во внутреннем контуре отопления.Критерий 2. Диапазон регулирования температуры воды, поступающей в контур отопления (коэффициент смешения).
![Page 25: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/25.jpg)
Пример 2. Анализ схем ИТП с зависимо подключенными системами отопления
Заключение • 1. В системах теплоснабжения с центральным
качественным регулированием и однотрубной системой отопления наиболее предпочтительным (исходя из выполнения критериев 1 и 2) является применение схемы 1.
• 2. Схему 2 рекомендуется применять при недостатке располагаемого давления на вводе.
• 3. Схему 4 рекомендуется применять в системах, в которых требуется постоянство расхода циркулирующей воды не только в местном, но и наружном контурах, например с местными котельными.
• 4. Схема 3 уступает всем остальным схемам. Диапазонам ее применения могут быть иные системы отопления и теплоснабжения, но не те, которые рассматривались в предлагаемой статье.
![Page 26: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/26.jpg)
Пример 3. Проектирование теплонасосной установки для утилизации теплоты очищенных сточных вод
Структурная схема ТНУ состоит из трех основных элементов: источника тепловой энергии, потребителя тепловой энергии и теплонасосной станции (ТНС). В качестве источников тепловой энергии могут выступать: наружный воздух, внутренний (удаляемый) воздух, грунт, грунтовая вода, сточная жидкость, поверхностная вода рек (озер, морей) и пр. В качестве потребителей тепловой энергии могут выступать системы: отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и теплопотребляющие технологии.
![Page 27: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/27.jpg)
Пример 3. Проектирование теплонасосной установки для утилизации теплоты очищенных сточных вод
![Page 28: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/28.jpg)
Пример 3. Проектирование теплонасосной установки для утилизации теплоты очищенных сточных вод
![Page 29: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/29.jpg)
Пример 3. Проектирование теплонасосной установки для утилизации теплоты очищенных сточных вод
ТН
![Page 30: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/30.jpg)
Пример 3. Проектирование теплонасосной установки для утилизации теплоты очищенных сточных вод
ТН
Источник
![Page 31: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/31.jpg)
Пример 3. Проектирование теплонасосной установки для утилизации теплоты очищенных сточных вод
ТН
Источник
Потребитель
Потребитель
![Page 32: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/32.jpg)
Пример 4. Расчет температурного поля трехмерной конструкции
Расчетная схема Расчет температурного поля трехмерной конструкции
выполняется в программе МОДЭН (версия 3.02), которая имеет шаблон, позволяющий проводить расчет в сетке узлов 9*9*9. Это связано с сеткой шаблона 9*9*9. Расчет проводится в динамическом режиме с шагом счета 10 минут без использования итераций. Каждый узел представляет собой параллелепипед с размерами dx*dy*dz. За расчетную принимается температура в центре узла (метод конечных элементов).
Начальные температура слоев составляет 10°С. Начальные температуры и влажность внутреннего и наружного воздуха можно варьировать.
![Page 33: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/33.jpg)
Пример 4. Расчет температурного поля трехмерной конструкции
Расчет существующей конструкции при Тнар=-24°С, Тв=18°С и f=60%. На поверхности колонны наблюдается конденсация влаги.
А- парок RAL-4Б- парок VLВ- ячеистый бетон 500 кг/м^3,Г- железобетон или железобетонные плиты
![Page 34: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/34.jpg)
Пример 4. Расчет температурного поля трехмерной конструкции
Расчет конструкции с предлагаемым утеплением колонны при Тнар=-24°С, Тв=18°С и f=60%
А- парок RAL-4Б- парок VLВ- ячеистый бетон 500 кг/м^3,Г- железобетон или железобетонные плиты
![Page 35: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/35.jpg)
Пример 5. Сравнение систем остекления
![Page 36: Применение методов математического моделирования при проектировании и анализе](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022102701/55b62d61bb61ebc2328b45f0/html5/thumbnails/36.jpg)
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Успешной сдачи экзаменов и получение профессиональных аттестатов!