автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Математическое моделирование естественной конвекции в стене тромба

АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВРННЫХ НАУК ТУРКМЕНИСТАНА им. ПРЕЗИДЕНТА ТУРКМЕНИСТАНА АКАДЕМИКА С. А. НИЯЗОВА

ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ В СТЕНЕ ТРОМБА

Специальность — 05.14.0S — Преобразование возобновляемых и ш традиционных видов энергии и установки на их основе

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Р Г 5 СД

■3 01 ОСЗ

На правах рукописи УДК 662. 997. 537. 22

ТОИЛИЕВ ТОИЛИ КУРДОВИЧ

АШГАБАТ - 1995 г.

шдаия (ЗЕвьскожшйсгвгшж. шш чл^&тагАНл

ш.шазж-rîA туэдедэдлш. ШДОШКА.

шгшт !.тниз*ции к ткшыато; ükfííísjihk ' сдемгющетЗсткгвой птоклащк

• • .Ka трапах руяошс:;,

J £в2.937 ; 537.22

$СШШКЗ Тойли Курдат «лгалтчЕшж модалтовше ЕСТЮГ-ЕНПСЙ

Х0НРЕЩ1И В СТЕКЕ ГРОМЯ*

' ; ' V,

Опвцкальиость - 05.14.08 - Проогразоватгв . Еоэобновляэнж! * н91радашяонша щдоЭ энергия и установки на их оодовэ , ■

Авторе фор а т; ! диссертации на соискание учьуоЛ степени кандидата технически* ва>к

Ашгабат - 1996 г.

• Работа Ещгкжюпи в йастаггутэ коханизацй! и технологии ■ переработки й0льскохозга'.стввааоа продукции Акадекии сельско-гсзяйсзвешшх наук Турниавлстана üü.Президента Туркменистана . да'згс.глкй С.Л.Ил-тзовэ.

На^щЩкрво^^ль: д.т.н. Ашырба.ев' МЛ

'-UziiäB к..Ч. - Член № Хуркканистама, доктор технических наук, профэссор.

Лтабаов G.4.- кандидат фйзжго-иатаматически! наук, стер-пжй наутакй сотрудник.

Водусзя оргпаизада: Турюмцстай! шлотохшиеский шкткгут-

Sahirs состоится "_"___1995 г. в_

яйоов ез заседания специализированного соната по защите диссертаций ка С0ЕСК5НИ0 ученой степени доктора (кандидата) наук Д.2Л.015 три Института механизации и технологии переработки сельскохозяйственной продукции Академик сельскохозяйственных каук Туркианкстана ш.Црегадвнта Туркменистана академика O.A. Ж'лаовз.

(744С32, в.Аыгаб8Т-32. м.Ввкревв, Институт механизации я технология переработки сельскохозяйственной продукция АСХНГ).

О диссертаций можно ознакомиться в Центральной научной бхйлазтехв АН Туркменистана.

Автореферат разослан ___19?б г.

Ученкй секретарь специализированного совета,/'' кандидат технических наук

М.А.Рахманов

ч //

ПРЛНЯТЬЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

X. - ебсцисса системы чсординат, м • '•

У - орд'.шата системы координат, м • И - тангенциальная составляющая скорости, м/с 1Г - нормальная составляющая скорости, м/с д. - ускорение свободного падения, м/с^ р - динамическое давление, НД£

- динамическая вязкость, Па-с ' р - плотность, кг/и

А - теплопроводность, Вт(м«Н) С - удельная теплоемкость, £ж(кг«К)

- температура, К ,°С

- время, с

о -

Ц. - источник тепловой .энергии, Вт/м

5 - интенсивность солнечной радиации, Вг/к^ р - коэффициент объемного расширения,

ДТ- разность температур, К

- коэффициент? конвективной теплоотдачи-, (ККТО) ВГ/(М^«К) площадь, иг •

сГ- толщина» относительная погрешность» V«, % ^Л - высота» н

- длина, м

Ли. - критерий Нуееельта. На - критерий Рэ*ей /2^ - критерий РеЙкольдса

Рг - критерий Працдтля * • .

6 - универсальная газовая постоянная, Дк/(моль«К)

эдгкод

р - при постоянном давлении у - о(?ъй«ный пад - падающий

Т ~ температурный И - нагретая стенка, наружный С- - охлажденная стенка j- ~ окружающая среда Ь - воздух ¿г. - вхождение П - пЬверхкость с/Г, - стена, стекло СР. ~ средний

- воздух ПРОСЛОЙКИ

к

ОЩЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

/ дуальность проблемы. Использование солнечной энергии для отоплен:-.-; з.дани* - одно «з перспективных направлений в экономии эп^ргорбсурсов. Существуют множество действующих к перспектив- . кд типом,гх к иэдиввдуалъкмх проектов пассивных и активных гелиосистем теплоснабжения. Их анализ показывает, что высокая, стоимость к откосигельно низкий КПД современных активных гелиосистем теплоснабжения сужают область их применения. Поэтому пассивные гелиосистемы» несмотря на их низкую энергетическую эффективность, во многих случаях не только конкурентоспособны, но и позволяют получить существенный технико-экономический и социально -эконэмичеекий эффект, в связи с этим дальнейшее совершенствование пассивных систем солнечного теплоснабжения является актуальной задачей.

Накопленный к настоящему времени опыт расчетных и натурных исследований, технологичгского проектирования и практического создания солнечны домов с пассивной системой для индивидуального пользования позволяет ученьм на более фундаментальной основе ста-> вить и успешно решать новые, более сложные задачи.

Несмотря на это дачеяо не полностью изучены процессы теплообмена и гидродинамики, происходящие в зданиях с пассивной системой солнечного теплоснабжения. Следовательно, не раскрыты и не реализованы полностью потенциальные возможности самих установок. Этому способствуют подходы, основанные на математических моделях, не охватывающих внутреннюю связь физических явлений в сложных процессах теплообмена. Точность результатов теплотехнического расчета теплового режима здания с пассивной системой

солнечного теплоснабжения зависит, кроме прочих условий, от точ-•ности числеиньх значений параметров, входящих в математические уравнений, моделируодих тепловой режим объекта. Одним из таких параметров является коэффициент конвективной теплоотдачи (ККТО) в стене Тромба.

В существующих работах в этой области значение ¡ОТО определялось приблизительно, основываясь на критериальных уравнениях, полностью не описывающих (¡изические процессы гидродинамики и теплообмена в воздушной прослойке стены Тромба. Процессу теплообмена в этой прослойке рассматривались ь отрыва ог вопросов гидродинамики.

В связи с вышеизложенным теоретические работы в области гидродинамики и теплообмена в гелиотехнических установках вообще, в гелиодоме с частности, связанные с созданием единых методических подходов в.разработке математических моделей таких ус-

г

тановок и процессов в них, являются актуальными и перспективными. .

Такие работы позволяют- на основе более точного учета физических процессов с меньшими трудовыми, материально-энергетическими затратами решать задачи, направленные на совершенствование имеющихся и создания новых установок. Результаты таких исследований позволяют оптимизировать динамические, тепловые, конструктивные и геометрические характеристики исследуемых объектов в зависимости от внешних климатических факторов.

Целью данной диссертационной работы является разработка математической модели естественной конвекции в стене Тромба,более точно учитывающей физические процессы происходящие в ней, с последующим определением коэффициента конвективного теплообмена

от стены Тромба к теплоносителю на основе численной рсслизсщин

у*

разработанной модели,

. Для достижения поставленной перед диссертацией цели решены слсдушие задачи:

1. Принять и обосновать основные упрощающие допущения для разработки математической модели естественной конвекции в стене Тромба. Описать физическую модель объекта исследования.

2. Составить систему уравнений, описывающей теплообмен и гидродинамику в стене Тромба. Обосновать краевые условия.

3. Реализовать разработанную математическую модель численно. Обработать полученные результаты, определить коэффициент конвективного теплообмена в стене Тромба к сопоставить с дакни- ' ми других авторов.

_4. Экспериментально определить коэффициент нонвектикного теплообмена в стене Тромба. Сравнить э?и результаты с дат'ччми численного расчета.

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в:

- разработке математической модели естественной конвекции в стено Тромба, сравнительно точно описывающей физику процессов, происходящих в объекте исследования«'

- получении наиболее достоверной информации о гидродинамике и теплообмене в стене Тромба;

- установлении численного значения коэффициента конвективного теплообмена в стене Тромба, полностьо отвечающего физическим процессам, происходящим а ней;

- проведении специальных экспёриментальных исследований теплообмена в стене Тромба и получении опытных данных для эначе-

пай ксоффициента конвективного теплообмена.

Прачт1:че'счая ценность результатов работы. Разработанная математическая модель позволяет осуществить дальнейшее совер-щенстЕОсание пассивной системы солнечного теплоснабжения путем оптимизации ее динамических, тепловых, конструктивных и геометрических характеристик. Полученные путем численного и физического моделирования точные .значения коэффициента конвективного теплообмена повшаюг достоверность прогнозтической оценки возможностей пассивной системы солнечного теплоснабжения уже на стадии ее проектирования.

Апробация работа. Результаты работы доложены на: 1-й (1991 г.) «Республиканской межвузовской научной конференции "Актуальные проблемы физики твердого тела, радиофизики и теплофизики" Аок., научном семинаре лаборатории и Института солнечной энергии АСХИТ, Туркменского политехнического института.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в »гаи научных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложения, и содержит 140 страниц, 24 рисунка и I таблицу.

Содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность проблемы, цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе диссертации приводится анализ'отечествен-•ной и мировой практики использования пассивных систем солнечного теплоснабжения. Такой анализ показывает, что:

- наиболее распространненвой схемой пассивной системы солнеч-

»

ного теплоснабжения является стенд Тромба. Элемента ее р.чбряни без предварительных оценок их гЦ^сктиености применения;

- изучено влияние различных пяссивнмх мероприятий на тепловой режим помещении. Однако отсутствуют исследования по оптимизации элементов конструкции, позволяющие выбрать наиболее с^год-ныо их режимные и геометрические параметры;

- в существующих теоретических разработках предлагаются . 1 как аналитические, так и численные реализации математических мо*. делей. Аналитическое решение осуществлено только в случае периодического характера внешних воздействий, что ограничивает общность полученных результатов. При численной реализации ма?статической модели численные значения некоторьэс" физических парамст-ров взяты приближенна, что снижает в определенной степени точность расчетов. Значение коэффициента конвективной теплоотдачи определялось на основе критериальных уравнений, полностью не описывающих физические процесса гидродинамики и. теплообмена в

- воздушной прослойке стены Тромба;

- хорошо изучены м проанализированы процессы свободнокон-пектиЕНОго теплообмена в треугольных и трапециодальиых полостях как теоретически, так й экспериментально. Установлены соответствующие закономерности изменения исследуемых величин в пространстве и во времени; .

- детально изучена теплопередача через ограждения с вентилируемой воздушной прослойкой. Однако теоретические и экспериментальные работы по гидродинамике и теплообмену в прямоугольных вертикальных воздушных прослойках с регулируемой вентиляцией, характерной для стены Тромба, почти отсутствуют.

Поэтому исследования процессов конвектирного теплообмена

б сте<.е Тромба с регулируемой вентиляцией имеют не только важное практическое, ио и теоретическое значение. Пользуясь результатами таких исследований можно путем совершенствования математической модели и улучшения технологии использования существующих и поиска новых пассивных мер повысить теплотехническую эффективность ссей системы в целом.

л *

В связи с вышеизложенным конкретизирована цель и определены задачи данного исследования.

Вторая глава диссертации посвящена разработке математической модели естественной конвекции в стене Тромба. При этом принята следующая физическая модель гидродинамики и теплообмена. . Стека, покраиенная черной краской, поглодает часть солнечной энергии, проведшей через прозрачное покрытие. Часть тела аккумулируете я самой стеной, другая часть передается в воздух,поступающий из помещения.в прослойку через нижние отверстия. Воздух омывает горячую поверхность стены-аккумулятора, нагревается и затем поступает обратно в помещение через верхние отверстия, Расчетная схема объекта представлена на рис.1 на основе изложенной физической модели процессов гидродинамики и теплообмена, математическую модель можно представить в виде системы уравнений движения, неразрывности, теплообмена с соответствующими краевыми условиями:

Уравнение движения:

Ж " ~ А

по оси ОХ: ри. ^

по

Рис.I. . Расчетная схема пассивного солнечного дома

Уравнение неразрывности:

Ж ¥ Ж-

Уравнение энергии:

27" А /Ъ*_1 Я

р* эх ~ с; С "ах* * "Г/ +

Краевые условия:

ц^г-о л эп

, на всех твердых стенках

, на АВ

, на В£», 2>Е, АЕ

, на СР

С^. — /чд^ Ап' ^(/у , (ф ~ О - для остальных точек в направлении ОХ.

Приняты следующие упрощающие условия: массообмен отсутствует,, задача стационарная; градиенты скорости и температуры едольо.5 неэкрчительны; нет воздухообмена; теплофизические параметра (кроиь плотности воздуха) не зависят от температуры; выполняется условие Буссинеска; для воздуха применимы законы идеального газа, поверхность границы раздела фаз не деформируются; течение теплоносителя ламинарное; лучистый теплообмен не учитывается.

Математическая модель реализована численно методом контроль-

нот обтрмов. Лри рязбивке области пространственной сеткой учтены особенности дсмл с пэесизной системой солнечного теглосиа» «с >!•«.<*.

Годучеинче численнче геэультнты бкли обработаны по следую-ц<".П мето.'И'сс: коит^рий Нусседъ'га определялся по форкуле

Н ] дХ[1ст'к-)

О

Лэкельное значение адэ'|фициеята конвективной теплоотдачи определяется по формуле:

Г-Х Ц1г - Кг)

¿, гН

}] Т С0 <1х<Лу

где

Тр. - .

В работе исследованы нестационарные задачи естественной конвекции. С целью выяснения влияния начальных условий на об:цее' • решение рассмотрены два варианта. В первом варианте считается, что равновесная температура в объеме равна.температуре окружающей среды (Тнач=283К). •

Процесс начинается с нагрева поверхности стены Тромба 6'С (рис.2). Нагрев осуществляется включением источникового члена в уравнении энергии. При этом плотность потока солнечной радиации меняется в диапазоне 50*250 Вт/м^. Результаты расчетов покаэывя-

?;ic.£. . Изотермы

(

ют, что в случае а £0 Ьг//', температура стены не меняет-

ся. Это объясняется большими значения'*! плотности л теплсеккос-ти материала стены. При - 150 Вт/)/" т£л;г>эратура сте.чк по-

вышается на 2гЗ К, при = 2С0 ВтЛГ она узелмчиг-аотси на 4-5Н. Вследствие этого, скорости течеоы гоздуха идоль стены достигают до 7+8 и 10<-12 см/с состветстпечио.

Причем в воздушной прослойке АВС£г в обоих случаях наблюдается трехячейковое движение. Нижняя и верхняя ячейк! являются ■ относительно неактивными а высота-этих ячеек не больше соответствующих выступов от пола и потелка и СиЪ . Поэтому основным переносчиком тепла является средняя активная ячейка.

Из рисунка видно, что нагретый гоэдух из объема че-

рез верхнюю щельс<«с^ поступает в объем А&сс . Достигая до холодной стены АВ он охлаждается и опускается мгаэ до уровня нижней щели е^К и через нее возврацае-гся в объем раег охлажденным. Такая циркуляция воздуха является причиной деформации као-терм вблизи верхней и нижней щелей.

Методом наименьших квадратов получена сатирическая зависимость мажду критериями Нуссельта и Релея, которая имеет вид;

М1 0,404,4°1226 . :. при 0,75-109<. 1,25-Ю9 '

Максимальная относительная погрешность при этом составляет 2,2$.

Нанстил, Грейф / Свободная конвекция в неперегороженных и частично перегороженных прямоугольных полостях. - Теплопередача, 1981, У 4. СЛ8 /, экспериментально исследовали свободну» конвекцию в прямоугольной полости, один из торцов которой нагревается, а другой охлаждайся. На потолке полости била устаноэленн

проводящая или адиабатическая перегородка. В качестве рабочеР среды была использована вода. Они получили эмпирическую зависимость вида

Ж - 0,439-&л 0,226

при 0,8-Ю10^ £ <х 1,5.10й,

Сравнение наших результатов с данными Нанстиля и Грей^а дает хорошее совпадение.

Таким образом, процессы гидродинамики и теплообмена в ге-лиодоме с системой Тромба полностью описывается закономерностями в "частично перегороженных прямоугольных полостях.

Третья глава диссертации посвящена экспериментальному определению ККГО. Объект исследования имеет следующие размеры: емсо-та - I м, длина - 1,2 м, ширина -1м. Стена Тромба представляет собой керамзитобетонную панель с вентиляционными отверстиями и с одинарным остеклением. Вентиляционные отверстия расположены сверху и снизу керамзитобетонной панели в количестве 8 штук.Размеры вентиляционных отверстий 0,04 х 0,02 м. Расстояние между отверстиями в горизонтальном направлении - 0,08 м, в вертикаль-

л

иом -1м. Интенсивность суммарной солнечной радиации, поглощаемая внешней поверхностью стены, имитирована с помощью электрического нагревателя из нихромовой проволоки. Нагреватель вмонтирован на глубине 0,01 м от поверхности стены.

Были измерены температуры:

- воздуха в различных точках воздушной прослойки по ширине и снсоте;

- стены-аккумулятора в различных точках ее внешней и внутренней поверхностей;

- в различных точках внутри стены-аккумулятора;

- в объеме экспериментального дома модели;

- окружающего воздуха;

- сила тока в цепи электронагревателя и напряжение на его концах.

Температура определялась с помощью медь-константановых термопар.

В воздушной прослойке от внутренней поверхности остекления до внешней поверхности стены аккумулятора установлены девять термопар. Термопары установлены на тонком деревянном стержне с миллиметровыми делениями. На стенке для закрепления термопар сделаны специальные гнезда, которые покрыты тем же, материалом, из которого изготовлена стенка Тромба.

Но высоте внешней и внутренней поверхностей стены аккумулятора установлены пс десять термопар.

Термопара для измерения температуры воздуха внутри комнаты установлена в ее геометрическом центре.

Сила тока измерялась с помощью амперметра Д 553, а напряжение - вольтметром М 106..

Мощность нагрева поверхности южной стены аккумулятора изменялась в пределах от 100 до 800 Вт/м^, что соответствует диапазону изменения суммарной солнечной радиации в натурных условиях.

Толщина воздушной прослойки изменялась в диапазоне от 8 до 30 см, путем съема стекла и установления его на соответствующем расстоянии от стены-аккумулятора. Изменение толщина, воздушной прослойки в указанном интервале обусловлено, во-перпых,тем, что в большинстве -практически существующих пассивных домах м-треча-ются тол'дины в этом диапазоне. Во-вторялс, расчеты даот для оп-

тимальной тощины данной воздушной прослойке цифру 0,29 к.

Коэ^фишет' коллективной теплоотда'м от стгаш-аккумулятора к воздуху р. гоздушной ьрослойке стены Тромба определялся по следуй ей форг.гул е: + г 0К/ .

гдъ: {:Ср - оередненная темпераг./ра вныней поверхности стены-

Оо и.

аккр.<улятора, С; Т( - осредненьая температуря гоздуха в прослойке мьвд стеной-а-осумулятором и стечлок, °С; Р - площадь внганей поверхности сТсны-ак^-цулятора, м^; - тепловая мощность, снимаемая с внешней поверхности стены-аккумулятора за счет конвективного теплообмена с воздухом, которая определяется по формуле;

где: а^-У-и - тепловая мощность нагрева поверхности, Вт; 3 -сила тока в цепи нагревателя, "А"; И - напряжение на концах нагревателя, "3"; - мощность теплопередачи теплопроводно-

стью через стсну-аккумулятор и определяется по формуле:

ФгП - (^я>,ст, - ¿V."» г] ■р

где: А - коэффициент теплопроводности материала стены-аккумулятора, Вт/(м-град); от. - осредненная температура внутренней поверхности стены аккумулятора, °С; (Р - толщина стены; С>л - мощность теплопередачи за счет лучистого теплообмена меж-ру стеной и стещюм, которая определяется по формуле:

где:

Т = 273 + t0C

При расчете принят» следующие значения коэффициентов: 5 - 0,9; С0 = 5,6? Ет/оАк4); 8 « 0,1 и; \ - 0,325 м^рад "

значения , ¿^.м,. , и другие приняты из результа-

тов эксперимента,

Характер распределения температуры по толщине воздушной прослой«;» в завис.мости от мощности нагревательной системы во всех рассмотрсниах случаях одкнокошй (рис.З). Наблюдается умекькение температуры воздуха по мере удаления от стенки в пре- ■ делах от 0 до Z см. В средней зоне воздушной прослойки температура стабилизируется (температура в этом интервале толщины воздушной прослойки практически остается постоянной). Затем,около стекла, на расстоянии в пределах от I до 2 см от стены, температура постепенно снижается. Очевидно, что чем больше мощность нагревательной системы, тел уровень температуры воздуха в прослойке виде. Однако, значение мощности нагревательной системы'не одинаково действует на уровень распределения температуры воздуха в прослойке. Например, на рис. 3 видно, что перепад температура между стеной-аккумулятором и воздухом на расстоянии 2 сы увеличивается по мере увеличения мощности нагревательной си^те- , мы. При удельной мощности нагревателя 100 Бт/м^ этот перепад температуры составляет всего 4-6°С, а при 800 Вт/м^ достигает 37°С. Влияние мощности нагревателя на перепад температуры тб'же заметно вблизи остекления. При удельной мощности нагревателя 200 Вт/м^ перепад температуры равен 2,5°С, а при 600 Вт/м^ он равен Ю°С. Такая тенденция наблюдается и в результатах исследований при других значениях толщины воздушной прослойки. Следует отметить, что влияние модности нагревателя на перепад темпе-

Рис.3. . Зависимость среднего значения коэффициента теплоотдачи ( сС ) от толяины воздушной прослойки стены Тромба

стехпо

Рис.4. Распределение температуры по толдане воздушной прослойки стены Тромба

р&тури различно для различии:* тол'дии аоэдушо£ крсс^оЕки з с'. г-не Тромба. '

Значение ККГО «еияетоя в зависимасти от тохадшы воздушой прослойки стены ТромЗа (рис.4). При■ толщине ]Г: с« ок доходит до верхнего сзоего значения и примерно равен 6 Зг/(1/"тр<'.д). 1'фи дальнейшем увеличении толщины воздушной прослойки значение ККГО

о

уменьшается. При толщине 29 см ККГО раз ей 3 Вт/С»/" град).

Р четвертой главе описывается сравнительно упрощенный ие-'тод расчета, позволяющий прогнозировать тешературу а солнечном .доме в зависимости от изменения параметров окружающей среди и определить мощность отопительной устгшоаки для поддержания необходимой температуры ьнутри солнечного дома.

£тот метод базируется на математической модели теплопередачи через южную стену, описываемую уравнением теплопроводности:

гт •

с соответствующий краевыми условиями: при х » о:

. . -АЙ- Ап.^.ЗП1} -¿(¿-и),

при х «<?:

- средняя температура воздуха в прослойке, которую определяем изГ Л (

У

^ Г(п „ <Рст ь ¿еп + —-

¿л, ^ ^

Полезное количество теплотн оценивается по формуле:

Расчетно исследовано влияние величины коэффициент?-', конвективного теплообмена на полезную тепловую мощность, снимаемую со стены Тромба. При этом принята следующие значения параметров:

Л " К* = °'67-' % ■■ 18°С; £ - 2'*37 ¿7:

К *1'3^-^ Г = 30 = 1Ь0

град

Результаты расчетов (рис.5) показывают, что полезная тепловая мощность, снимаемая со стены Тромба,увеличивается с ростом значения, ККТО до 8 Вт/См2 К). При дальнейшем его росте она почти не меняется. Таким образом была конкретизирована область значений ЮТО, при которой справедливо утверждение авторов / 32 /.

Рис. 5.

Зависимость полезной тепловой мощности от коэффициента конвективной теплоотдачи

ВЫВОДЫ

I. Анализ мировой практики использования пассивных систем. солнечного теплоснабжения показывает, что:

а) в существующих теоретических разработках предлагаются как аналитическая, тая и численная реализации математических моделей. Аналитическое решение осуществлено только в случае периодического характера внешних воздействий, что ограничивает общность полученных результатов. При численной реализации математической модели численные значения некоторых физических параметров взяты приближенно и недостаточно обоснованы, что сникает в определенной степени точность расчетов. Значение ко.-з^ФнЦ,:ента теплоотдачи определялось на основе соотношений,' точно не описи- '

ваэдих физические процессы гидродинамики и теплообмена в воздущ-

>Л !

ной прослойке стены Тромба; , '

б) хорошо изучены и проанализированы процессы свобо.пкокон-вектианого теплообмена в треугольных и трапециодальних полостях как теоретически, так и экспериментально. Детально изучена теплопередача через ограждения с вентилируемой воздушной прослойкой. Однако теоретические и экспериментальные работы по гидродинамике и теплообмену в прямоугольных вертикальных воздушных прослойках срегулируеыо й вентиляцией, характерной для стены Тромба, почти отсутствуют.

-2. Разработана физико-математическая модель гидродинамики и теплообмена в стене Тромба. При выборе физической модели подробно анализированы результаты натурных испытаний солнечного дома, в частности характер распределения температуры в воздушной прослойке стены Тромба.

3. С использованием метода контрольных объемов Патонкара осуществлена численная реализация теплообмена и исследованы нестационарные задачи при естественной конвекции в стене Тромба.

Полученные' результаты обработаны методом наименьших квадратов и получена эмпирическая зависимость »чезду критериями Нус-с ель та Рзлея в виде:

ЛИ * 0,404 •Йй0'»226 при 0,75-Ю9 г КД 1,25-Ю9; .

максимальная'относительная погрешность составляет 2,2-Х.

Сопоставление наших результатов с данными других авторов . ! 69,70 / показывает, что между ними имеется хорошее совпадение.

Таким образом, процессы гидродинамики и теплообмена в ге-лиодоме с системой Тромба полностью описываются закономерностями в частично перегороженных полостях.

4. Экспериментально определено,среднее значение ККТО. Среднее значение коэффициента конвективной теплоотдачи меняется в зависимости от толщины воздушной прослойки, достигая максимального значения ' б Вт/Наград при толщине 12 см. Максимум полезной тепловой энергии, снимаемой от стены Тромба, достигается •при толщине воздушной прослойки 29 см / б /. При этой толщине коэффициент конвективной теплоотдачи равен 3 Вт/(к? -град).

Результаты численного расчета ККГО по предложенной нами математической модели удовлетворительно совпадают-с данными наших экспериментов.

Значения ККГО, принятые в/7/и/б/, совпадают с минимальном и средним его значениями соответственно, полученными на эксперименте.

5. Предложен сравнительно упрощенный метод расчета, позволяющий прогнозировать температуру в солнечном доме в зависимос-

>

та от кзмаиекгл п^рсаетроз с круга »we Л срода и определить косность отогпггельнсй установки для поддержания нообходауоя те>с:э-ратуры внутри псм'ещвЕ'Л с учотс« полуденных в этой работа р-э-зультотов по опрэ,чвл;тш»п коэфй-щ'.ента i:oi®&ktkehc,í теплоетдачя

6. Исследовано влиять значения ККТО за оо.тичплу ло.гвзпоЯ тепловой энергии, сяииаекой с порархпостл стсяч Трс:<'а. Кскрт-тизкровяча область отлчоттай КтСО, г.ри которой спр.^гпдлиъо утазрч-деяне авторов работа / 32 /. Полосная твплонап энергия увелпя-ваотся с ростом значения ККТО до 8 Я?/(игК)i о при дальнейшем его росте она почти не »еняется.

Основное содержите диссертанта! изложено в следущкх работах:

1. Тойлиев Т.К., Ашнрбаев М.Х. К гадродиаамисе и теплообмену в воздушной прослойке стоет Тромба.// Известия АН ГСОР. Сер.ФГХаГН, И 5, 1990. (3.97-99.

2. Мезилоэ К., Топлива К., Тоялаэв Т.К. Определение коэффициента теплоотдачи в с fono Тромба методом склонного моделкрова-mm.// Тезиса докладов I Республиканской межвузовской научней конференции "Актуальные проблемы фгаккк твердого тела, радиофизики и теплофизики". Ашгабат. 1991.

3. Тойлиев Т.К., Акырбвев М.Х. К вопросу математического моделирования теплообмене в воздушной прослойке солнечного дока с пассивной системой отопления. Там se. 0.48-49.

4. Ma зилов К., Тойлиев К., Ашнрбаев М.Х., Тойлиев Т.К. Естественная конвекция в гелиодоне Тромба.// Известия АН TOOF. Сер.ФГХиГН, Я 4, 1992. С.42-46.

5. Тойливз К., Аяшрбаев М.Х., Тойлиев Т.К. УпрощвкшгЯ «нженврннй метод определения мощности отопительной система пассивного солнечного дока.// Тезисы докладов III Межвузовской научной конференции "Актуальнее вопроси физики твердого тела, радиофизики и теплофизики". Ашгабат. 1996. 0.86.

ге

ТЛ'.ТоЛтыегип техники ы.-'ыклар»ч, ка>|дидати диен ельсии- к дир'Л*ес!'.;м плтк учмн "Тромбуц диварында ТиЗигы хон-.г.нцгят «аусыагьяи моделирлсме" диен гсмь ¿о- 1*ча кзан диссертациясыиыц

Р Е С> К Р Л Т и

Ищде пассив гун Пылидыа систенаиарыода у.чанылян Тромбуц дяварычда ховалын тсбигь .«ш-^е.'ширсгш^ц фпзикь-матс-магина модели /одурлеиди. Ву иодел Ш-.тан'сарин конгоэл говрумлер усулыиы пеЙдалакып сан таЦ&ан чозулди. Аянан санлар ин кичи квадратлар метода Оилен ищленилкп, Лусселтич «6 Р.олей.чч критерийлери ара-сыада багланылык горнукде берилди. Тромбун диварындан хова конвекция ьриим Кылипт бершиащ кооффицчентиыц} догри бахаеы тапойду. Ву коо^ици&нти тапмая учин йормте тежрибе гечирилди. Тежрибеде ве хасаплама ар.ч«ла алнан санлар озара де^ецдирилди ве.. : кенагатлакарлы нэдоцй ымдды.