Том 335 № 3 (2024)

DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2024/3/4506

Сравнительный анализ двухмерного и трехмерного моделирования процессов теплопереноса при работе газового инфракрасного излучателя в помещении

Актуальность. Для сокращения затрат на отопление в больших помещениях локальные рабочие зоны предлагается обогревать системами на основе газовых инфракрасных излучателей, способных направлять радиационный тепловой поток. Однако широкое применение газовых инфракрасных излучателей тормозится имеющимися сложностями с предварительной оценкой перемещения конвективно-радиационных тепловых потоков, от чего зависит количество и расположение отопительных приборов. Предварительная оценка осложняется необходимостью в ряде случаев одновременным 3D-моделированием множества физических процессов. Для сокращения временных затрат на расчеты необходимо оценить возможность замены трудоемкого 3D-моделирования методикой расчета системы отопления с применением газовых инфракрасных излучателей на основе 2D-подхода. Цель: доказать, что применение двухмерной модели рассматриваемых процессов позволяет получить основные характеристики теплового режима помещения, дающие возможность заменить пространственное моделирование. Объект: система отопления с газовым инфракрасным излучателем «светлого» типа и система приточно- вытяжной вентиляции в качестве системы воздухообмена. Методы: двухмерное и трехмерное математическое моделирование процессов сопряженного теплопереноса методом конечных элементов. Математическое моделирование проводилось в программной среде COMSOL Multiphysics с использованием модулей: «The Heat Transfer in Fluids Interface», «Surface-to-Surface Radiation» и «The Turbulent Flow, k-ε Interface». Результаты. Приведены результаты математического моделирования, выполненные в трехмерной и двухмерной постановках. Представлено распределение температур по воздуху и ограждающим конструкциям, а также линии тока нагреваемого и нагретого воздуха в объеме помещения. Проведено сравнение результатов двумерного и трехмерного моделирования, по результатам которого установлено удовлетворительное сходство рассчитанных средних температуры воздуха в локальной рабочей зоне. Различие составило менее 2 ℃ для разных пространственных подходах к моделированию.

Ключевые слова:

газовый инфракрасный излучатель, объект теплоснабжения, конвективный теплообмен, тепловые условия, локальная рабочая зона

Авторы:

Борис Владимирович Борисов

Александр Витальевич Вяткин

Вячеслав Иванович Максимов

Татьяна Александровна Нагорнова

Скачать pdf