Розрахунки температурних полів. Розрахунок температурних полів у програмі ELCUT Розрахунок теплових полів програма двовимірних
Додаток Д
Методика визначення опору теплопередачі конструкцій, що захищають, на основі розрахунку температурних полів
Д 1. Огороджувальну конструкцію розбивають на розрахункові (двовимірні або тривимірні щодо розподілу температур) ділянки.
Д 2. При визначенні наведеного опору теплопередачі, за даними розрахунку на персональному комп'ютері (ПК) стаціонарного двомірного температурного поля, розрізняють два випадки:
а) досліджувана область, виділена для розрахунку температурного поля, являє собою фрагмент огороджувальної конструкції, для якого слід визначити величину;
б) досліджувана область, для якої розраховується температурне поле, менше за розміром, ніж аналізований фрагмент огороджувальної конструкції.
У першому випадку шукана величина обчислюється за формулою
де - сума теплових потоків, що перетинають досліджувану область, визначена в результаті розрахунку температурного поля;
І - відповідно температура внутрішнього та зовнішнього повітря, ° С;
L - довжина досліджуваної області, м.
У другому випадку визначають за формулою
де - довжина, м, однорідної частини фрагмента огороджувальної конструкції, відсіченої від досліджуваної області під час підготовки даних до розрахунку температурного поля;
Опір теплопередачі однорідної огороджувальної конструкції.
Д.3. При розрахунку двомірного температурного поля обрану ділянку викреслюють у певному масштабі і на підставі креслення складають схему розрахунку, спрощуючи її для зручності розбиття на ділянки та блоки. При цьому:
а) замінюють складні зміни ділянок, наприклад криволінійні, простішими, якщо ця конфігурація має незначний вплив у теплотехнічному відношенні;
б) наносять на креслення межі області дослідження та осі координат (х, у або r, z). Виділяють ділянки з різними теплопровідностями та вказують умови теплообміну на межах. Проставляють всі необхідні розміри;
в) розчленовують область дослідження на елементарні блоки, виділяючи окремі ділянки з різними коефіцієнтами теплопровідності. Викреслюють у масштабі схему розчленування досліджуваної області та проставляють розміри всіх блоків;
г) викреслюють область дослідження в умовній системі координат х", у", коли всі блоки приймаються одного і того ж розміру. Проставляють координати вершин полігонів, що обмежують ділянки області з різними теплопровідностями, та координати вершин багатокутників, що утворюють межі області, що досліджується. Нумерують ділянки та межі досліджуваної області та підписують вершини областей теплопровідностей, температур (або теплових потоків) на межах або навколишнього повітря та коефіцієнтів тепловіддачі;
д) користуючись двома кресленнями, виконаними по "в" і "г", і керуючись стандартною (звичайною) послідовністю розташування, складають комплект чисельних значень вихідних даних для введення в ПК.
Приклад розрахунку 1
Потрібно визначити опір теплопередачі тришарової металевої стінової панелі з листових матеріалів.
А. Вихідні дані
1. Конструкція панелі зображена малюнку Д.1 . Вона складається з двох сталевих профільованих листів з коефіцієнтом теплопровідності 58 між якими розміщені мінераловатні плити "Роквул" щільністю 200 з коефіцієнтом теплопровідності 0,05 . Листи з'єднуються між собою сталевими профілями через бакелізовані фанерні прокладки товщиною 8 мм з коефіцієнтом теплопровідності 0,81.
2. У розрахунку прийнято такі умови на сторонах огорожі:
зовні - та ;
всередині - і.
Б. Порядок розрахунку
На процес теплопередачі в розглянутій конструкції істотно впливають сталеві профілі, що з'єднують профільовані листи обшивки один з одним і утворюють так звані містки холоду. Для розриву цих містків холоду профілі приєднані до листів через фанерні прокладки. Ділянку конструкції з ребром посередині можна виділити для розрахунку температурного поля.
Температурне поле ділянки, що розглядається двомірно, так як розподіл температури у всіх площинах, паралельних площині поперечного перерізу конструкції, однаково. Профілі переважно знаходяться на відстані 2 м один від одного, тому при розрахунку можна врахувати вісь симетрії посередині цієї відстані.
Досліджувана область (малюнок Д.1) має форму прямокутника, дві сторони якого є природними межами огороджувальної конструкції, на яких задаються умови теплообміну з навколишнім середовищем, а решта - осями симетрії, на яких можна задавати умови повної теплоізоляції, тобто. тепловий потік у напрямку осі ОХ, що дорівнює нулю.
Досліджувана область для розрахунку згідно з Д.З цього додатка була розчленована на 1215 елементарних блоків з нерівномірними інтервалами.
В результаті розрахунку двомірного температурного поля на ПК отримано середній тепловий потік, що проходить через розраховану ділянку огороджувальної конструкції, що дорівнює Q = 32,66 Вт. Площа розрахованої ділянки становить А = 2.
Наведений опір теплопередачі розрахованого фрагмента за формулою (Д.1)
Для порівняння опір теплопередачі поза теплопровідним включенням, визначений за формулою , дорівнює:
Температура внутрішньої поверхні у зоні теплопровідного включення з розрахунку ПК дорівнює 9,85°C. Перевіримо за умову випадання конденсату при і . Згідно з додатком Л температура точки роси, що вище температури поверхні теплопровідного включення, отже, при розрахунковій температурі зовнішнього повітря -30°C буде випадання конденсату і конструкція потребує доопрацювання.
Розрахункову температуру зовнішнього повітря, за якої не буде випадання конденсату, слід визначати за формулою
Д.4. При підготовці до вирішення завдань про стаціонарне тривимірне температурне поле виконують наступний алгоритм:
а) вибирають необхідну для розрахунку ділянку огороджувальної конструкції, тривимірний щодо розподілу температур. Викреслюють у масштабі три проекції огороджувальної конструкції та проставляють усі розміри;
б) складають схему розрахунку (рисунок Д.2), креслюючи в аксонометрической проекції та певному масштабі досліджувану частину огороджувальної конструкції. При цьому складні конфігурації ділянок замінюють більш простими, що складаються з паралелепіпедів. При такій заміні необхідно враховувати деталі конструкції, що впливають у теплотехнічному відношенні. Наносять на креслення межі області дослідження та осі координат, виділяють у вигляді паралелепіпедів ділянки з різними теплопровідностями, вказують умови теплообміну на межах та проставляють усі розміри;
1 - мінераловатна плита; 2 - профільований сталевий профіль; 3 - сталевий профіль; 4 - фанерне прокладання
Малюнок Д.1 - Конструкція тришарової панелі з листових матеріалів
і креслення досліджуваної області
в) розчленовують область дослідження на елементарні паралелепіпеди площинами, паралельними координатним площинам XOY, ZOY, YOZ (рисунок Д.2), виділяючи окремо ділянки з різною теплопровідністю, викреслюють у масштабі схему розчленування досліджуваної області на елементарні паралелепіпеди і проставляють розміри;
г) викреслюють три проекції області дослідження на координатні площини в умовній системі координат х", у", z", користуючись схемами, виконаними згідно з "б" і "в". Коли всі елементарні паралелепіпеди приймаються одного і того ж розміру, проставляють координати вершин проекцій паралелепіпедів, що обмежують ділянки області з різними теплопровідностями, та проекції площин, що утворюють межі досліджуваної області.Підписують величини теплопровідностей, температуру на межах навколишнього повітря та коефіцієнти тепловіддачі;
д) складають комплект вихідних даних, користуючись схемами "б", "в", "г" для введення в ПК.
Приклад розрахунку 2
Визначити наведений опір теплопередачі панелі сполученого даху, виконаного з ребристих залізобетонних облицювань.
Малюнок Д.2 - Конструкція панелі сумісного даху (а) та схема розрахунку конструкції панелі сумісного даху (б)
А. Вихідні дані
1. Конструкція панелі сполученого даху (малюнок Д.2) розміром 3180х3480х270 мм представляє у перерізі тришарову оболонку. Зовнішній та внутрішній шари товщиною 50 та 60 мм із залізобетону з коефіцієнтом теплопровідності 2,04. Середній теплоізоляційний шар із пінополістирольних плит з коефіцієнтом теплопровідності 0,05. Кожна з оболонок має паралельні один одному на відстані 700 мм ребра по 60 і 40 мм завтовшки, що сягають середини теплоізоляційного шару. Ребра оболонок взаємно перпендикулярні, і таким чином кожне ребро однієї оболонки примикає до ребра іншої оболонки на майданчику 60х40 мм.
Область застосуванняПобудова об'ємних температурних полів у геоінженерії, геотехніці, геотерміці та гірничій справі за даними термометричних мереж у кріолітозоні. Знання температурного стану порід та ґрунтів основ інженерних споруд у крилітозоні – гідровузлів, надшахтних споруд підземних рудників, експлуатованих будівель, ТЕЦ зведених на вічній мерзлоті – запорука їх безпечної експлуатації. Область застосування програми також визначається тим, що більш ніж 60% території РФ географічно розташовано в кріолітозони Землі.
Опис алгоритмуАлгоритм являє собою чисельну реалізацію авторської схеми (далі "схема") у рамках класичної системи автоматизованого управління з прямими та зворотними зв'язками. Призначений для обробки просторово розподілених температурних даних "розсіяного" типу в методі зміни стаціонарних станів при вирішенні геотеплофізичних завдань для повільних процесів, що повсюдно виникають в геоінженерії (особливо в районах Півночі і Арктичного шельфу, що освоюються).
Загальні елементи алгоритмута деякі результати роботи програми наведено у статті.
В.В. Неклюдов, С.А. Великін, А.В. Малишев, Контроль температурного стану основ рудників у кріолітозоні засобами автоматизованого моніторингу, Кріосфера Землі, 2014, №4.
Для забезпечення геокріологічної безпеки при експлуатації інженерних об'єктів у кріолітозони "схема" використовує перевірені та надійні алгоритми 2D або 3D інтерполяції "розсіяних" даних. Вихідні температурні дані розбиті на два блоки:
- температурні параметри об'ємних квазістаціонарних теплових джерел об'єкта: шахтний ствол, сукупність об'ємних вентиляційних каналів, система колонок, що заморожують, і термосифонів;
- температури вимірювальної свердловинної мережі: вертикальні термометричні свердловини та горизонтальні свердловини, а також поодинокі температурні датчики на вході та виході системи, що заморожує.
"Схема" забезпечує читання геометрії об'єкта та геометрії свердловинних термометричних мереж, а також елементи будівельних креслень, відповідно до яких формується об'ємна сітка з температурними даними. Після 2D або 3D інтерполяції (опціонально), "схема" дозволяє вивести отриманий температурний паралелепіпед у форматі, придатному для читання іншими (за бажанням Замовника) професійними графічними системами.
Вихідна геометрія об'єкта для "схеми" формується за будівельними кресленнями у відомій програмі "Surfer".
"Схема" дозволяє:
- працювати з БД багаторічних (автоматизованих) спостережень та будувати як геокріологічні температурні розрізи, так і геокріологічні розрізи швидкостей промерзання-відтавання, причому як у 2D, так і 3D вигляді;
- чисельно оцінювати деякі теплофізичні характеристики (коефіцієнт температуропровідності та ін.) ґрунтів та порід фундаменту об'єкта безпосередньо в польових умовах як вирішення коефіцієнтного завдання найпростішого рівняння теплоперенесення;
- будувати об'ємні ізотермічні поверхні обсягом фундаменту (підземного рудника), зокрема. і в динаміці, що дозволяє оцінити просторовий розподіл областей фазових переходів та вийти на побудову термодинамічних характеристик ґрунтів фундаменту.
"Схема" надає можливість інтерактивної роботи із побудованим кубом температурного поля:
- одним кліком переміщатися між глибинними та вертикальними зрізами.
- одним кліком задавати додаткові точки на глибинному зрізі із зазначенням нової температури у ній та проведенням перерахунку інтерполяції на цьому глибинному зрізі.
- здійснювати корекцію коротких свердловин в інтервалі екстраполяції.
Застосування авторської настройки "екстраполяції" коротких свердловин до глибин довгих свердловин значно розширює можливості об'ємних побудов у геотехнічній промисловості. Можливе використання інших можливостей за бажанням Замовника
"Схема" надає опцію "online - моніторингу" на дисплеї виробничого комп'ютера (за наявною історією багаторічних температурних вимірювань) динаміки температур по всіх термометричних свердловинах фундаменту надшахтних висотних споруд підземного рудника. Така можливість дозволяє оператору станції, що заморожує, безпосередньо візуально фіксувати появу трендів аномальних температур у поточній динаміці та реагувати на нестандартні ситуації шляхом завдання додаткових параметрів у контурі зворотного зв'язку в САУ «термометрична система -резидентна програма - заморожуюча система».
"Схема" реалізована для версії "CPU-розрахунків", однак може бути перенесена на випадок "GPU-розрахунків".
Функціональні можливостіТиповий обсяг оброблюваних даних становить до 8 Гб ВП для найбільших підземних копалень в кріолітозони РФ на один типовий фундамент підземного копальні.
Детальністьтемпературних побудов алгоритмом програми "Термік" забезпечується детально до отримання температурних градієнтів на поперечному перерізі палі, з точністю до її форми - кругла або квадратна. Точністьвласне температурних побудов забезпечується точністю використовуваних температурних датчиків – як правило, до сотих градусів Цельсія. Похибкатакож визначається апаратурною складовою. Такі можливості, що надаються алгоритмом програми «Термік», які відсутні в інших відомих геотехнічних системах, дозволяють експлуатаційникам оцінювати т.зв. температурна деформаційна напруга на палях та інших елементах (тюбінги та ін.) з метою контролю їх руйнування.
Інструментальні засобиреалізації алгоритму - сімейство C++, в версії 64bit - програмних середовищ програмування. Для користувача поставляється у вигляді файлу, що виконується.
Для конструкцій будівель, що захищають, плоске температурне поле характерне за наявності в них елементів каркасу, перемичок тощо, коли їх довжина значно перевищує товщину огорожі.
На процес теплопередачі в конструкції, що розглядається, надають істотний вплив теплопровідні включення, наприклад, сталеві профілі, що утворюють так звані «містки холоду». Для розриву цих містків холоду профілі з'єднують із конструкцією, наприклад, через фанерні прокладки. Подібну ділянку конструкції можна виділити для розрахунку температурного поля. Температурне поле ділянки, що розглядається двомірно, так як розподіл температури у всіх площинах, паралельних площині поперечного перерізу конструкції, однаково. Профілі в основній частині знаходяться на відстані 1, 2, …, х, м один від одного (рисунок 3).
При визначенні наведеного опору теплопередачі , м 2.о С/Вт, за даними розрахунку на персональному комп'ютері (ПК) стаціонарного двовимірного температурного поля досліджувана область, виділена для розрахунку температурного поля, є фрагментом огороджувальної конструкції, для якого слід визначити величину .
Шукана величина
де ∑Q – сума теплових потоків, що перетинають досліджувану область, Вт/м 2 визначена в результаті розрахунку температурного поля;
t int , t ext - відповідно температура внутрішнього та зовнішнього повітря, про С;
L – довжина досліджуваної області, м.
При розрахунку двомірного температурного поля обраний ділянку викреслюють в масштабі і на підставі креслення складають схему розрахунку, спрощуючи її для зручності розбивки на ділянки та блоки.
При цьому:
Замінюють складні зміни ділянок простішими, якщо це має незначний вплив у теплотехнічному відношенні;
Наносять на креслення межі області дослідження та осі координат (х, у або r, z). Виділяють ділянки з різними теплопровідностями та вказують умови теплообміну на межах. Проставляють всі необхідні розміри;
Розчленовують область дослідження на елементарні блоки, виділяючи окремі ділянки з різними коефіцієнтами теплопровідності. Вичерчи-
ють у масштабі схему розчленування досліджуваної області та проставляють розміри всіх блоків;
Викреслюють область дослідження в умовній системі координат х', y', коли всі блоки приймаються одного й того самого розміру. Проставляють координати вершин полігонів, що обмежують ділянки з різними теплопровідностями (рисунок 4).
Рисунок 3 – Схема розташування вузлів двомірної сітки для розрахунку
температурного поля
Диференціальне рівняння плоского температурного поля має такий вигляд:
Ð 2 t/Ðx 2 = Ð 2 t/Ðy 2 . (3.2)
Інтегрування цього рівняння у загальному вигляді – завдання дуже складне. Вона ще більше ускладнюється наявністю у межах поля матеріалів із різними коефіцієнтами теплопровідності. Завдання значно спрощується при вирішенні рівняння кінцевих різницях. При цьому диференціальне рівняння замінюється системою лінійних рівнянь, невідомими в яких будуть значення функції, що шукається в точках поля, що лежать у вузлах сітки, складеної з квадратів зі стороною прийнятого розміру Δ.
У кінцевих різницях рівняння має вигляд:
xx + yy =0, (3.3)
де τ xx ,τ yy – другі кінцеві різниці функцій τ відповідно по x і по y .
Виписуючи їх докладно, отримаємо (рис. 4)
(τ x + Δ , y - 2 τ x , y + τ x - Δ , y)/ Δ 2 +(τ x , y + Δ - 2 τ x , y + τ x , y - Δ)/ Δ 2 = 0.
Звідки, вирішуючи отримане рівняння щодо τ x , y будемо мати:
τ x , y = (τ x + Δ , y + τ x - Δ , y + τ x , y + Δ + τ x , y - Δ)/4,
тобто. в однорідному полі температура в кожному вузлі сітки повинна дорівнювати середній арифметичній температурі чотирьох сусідніх вузлів.
Розглянемо вузол з температурою x, y. Квадрат, в центрі якого знаходиться цей вузол, отримує (або віддає) теплоту у напрямку до точок, розташованих у чотирьох сусідніх вузлах сітки, що мають температуру.
τ x + Δ , y , τ x - Δ , y , τ x , y + Δ , τ x , y – Δ . Кількість теплоти, яким обмінюється з навколишнім матеріалом квадрат, вирізаний навколо точки x, y, залежатиме не тільки від температури сусідніх вузлів, але і від величини коефіцієнтів теплопередачі в напрямку ниток сітки між точкою x, y цими точками. Позначивши коефіцієнти теплопередачі літерами kз відповідними індексами, отримаємо:
2- кількість теплоти, що передається в напрямку від вузла x,y до вузла з температурою x - Δ , y
Q 1 = (x, y - x - Δ, y)k x - Δ; (3.4)
2- кількість теплоти, що передається в напрямку від вузла x, y до вузла з температурою x, y + Δ
Q 2 = (x, y - x, y + Δ)k y + Δ; (3.5)
2- кількість теплоти, що передається в напрямку від вузла x,y до вузла з температурою x + Δ , y
Q 3 = (x, y - x + Δ, y)k x + Δ; (3.6)
2- кількість теплоти, що передається в напрямку від вузла x,y до вузла з температурою x , y - Δ
Q 4 = (x, y - x, y - Δ)k y - Δ. (3.7)
З умови теплового балансу сума цих кількостей теплоти має дорівнювати нулю, тобто.
(τ x , y - τ x - Δ , y)k x - Δ = (τ x , y - τ x , y + Δ)k y + Δ= (τ x , y - τ x + Δ , y)k x + Δ =
=(τ x , y - x , y - Δ)k y - Δ =0.
Вирішуючи це рівняння щодо τ x , y отримаємо остаточно
τ x , y = (τ x - Δ , y·k x - Δ + τ x , y + Δ·k y + Δ + τ x + Δ , y · k x + Δ + τ x , y – Δ·k y - Δ) /(k x - Δ + k y + Δ + k y + Δ+ k y - Δ). (3.8)
Це і є загальна формула для обчислення температури у всіх вузлах сітки.
Рішення слід проводити з використанням чисельного методу, послідовно обчислюючи температуру у кожній точці. Розрахунок проводиться до тих пір, поки різниця між значеннями в кожній точці на поточному та попередньому розрахунковому кроці не перевищуватиме заданої точності.
Розрахунок двовимірного температурного поля у зв'язку з великою кількістю обчислень є доцільним з використанням обчислювальної техніки. Розрахунок виконується за допомогою програми на кафедрі ОВіК.
Приклад
Потрібно визначити розподіл температур та наведений опір теплопередачі у неоднорідній конструкції (рис.4).
Вихідні дані
Конструкція складається з двох матеріалів: зовнішньої стіни будівлі із цегляної кладки з коефіцієнтом теплопровідності 0,81 Вт/(м°С) та перекриття із залізобетонної плити з коефіцієнтом теплопровідності 2,04 Вт/(м°С). У розрахунку прийнято такі умови на сторонах огорожі:
зовні – t exl = -30 ° С; α ext = 23 Вт/(м 2 °С), (5)
всередині – t int = 20 °С; а int = 8,7 Вт/(м 2 °С), (4).
Порядок розрахунку
Температурне поле даної ділянки двомірно, так як розподіл температури у всіх площинах, паралельних площині поперечного перерізу конструкції, однаково.
Розрахунки температурного поля робляться шляхом ітерації, в такий спосіб.
Попередньо задаються деякими довільними значеннями температур у всіх вузлах сітки. Потім за формулою послідовно обчислюють значення температур у всіх вузлах, замінюючи отриманими значеннями температур, попереднє доти, поки в кожному вузлі сітки поля температура не задовольнятиме відповідним рівнянням при заданих температурах повітря з одного і з іншого боку огорожі (рис. 5).
Процес можна вважати закінченим лише тоді, коли в межах заданої точності температури залишаються постійними у всіх вузлах сітки. Тривалість розрахунку залежить від того, як правильно були задані початкові температури.
Малюнок 4
| -29,44 | -13,684 | 1,981 | 18,467 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,44 | -13,697 | 1,969 | 18,466 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,44 | -13,626 | 2,248 | 18,487 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,44 | -13,659 | 2,2 | 18,483 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,44 | -13,758 | 1,958 | 18,376 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,45 | -13,978 | 1,839 | 18,363 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,46 | -14,8 | 0,491 | 17,378 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,48 | -15,16 | 0,183 | 17,334 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,62 | -16,252 | -3,8 | 7,552 | 17,69 | 19,05 | 19,39 | 19,5 | 19,537 | 19,55 | 19,56 | 19,7 | ||||||||||||||||
| -29,66 | -16,523 | -4,11 | 7,4327 | 17,73 | 19,14 | 19,49 | 19,61 | 19,652 | 19,67 | 19,68 | 19,8 | ||||||||||||||||
| -28,93 | -16,831 | -5,47 | 4,463 | 12,48 | 16,05 | 17,51 | 18,08 | 18,291 | 18,38 | 18,43 | 18,8 | ||||||||||||||||
| -28,95 | -16,942 | -5,59 | 4,4726 | 12,61 | 16,3 | 17,81 | 18,4 | 18,634 | 18,73 | 18,78 | 19,1 | ||||||||||||||||
| -28,91 | -17,117 | -6,19 | 3,3321 | 12,24 | 16,15 | 17,71 | 18,31 | 18,544 | 18,64 | 18,69 | |||||||||||||||||
| -28,92 | -17,167 | -6,24 | 3,3472 | 12,32 | 16,28 | 17,87 | 18,5 | 18,737 | 18,83 | 18,89 | 19,2 | ||||||||||||||||
| -28,19 | -16,737 | -5,7 | 2,8765 | 17,32 | 19,13 | 19,53 | 19,66 | 19,708 | 19,73 | 19,74 | 19,8 | ||||||||||||||||
| -28,19 | -16,758 | -5,74 | 2,8603 | 17,33 | 19,13 | 19,54 | 19,67 | 19,719 | 19,74 | 19,75 | 19,8 | ||||||||||||||||
| -29,47 | -15,179 | -0,4 | 17,668 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,47 | -15,2 | -0,42 | 17,664 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,46 | -14,192 | 1,522 | 18,402 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,46 | -14,211 | 1,502 | 18,399 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,45 | -13,724 | 2,199 | 18,485 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,45 | -13,742 | 2,181 | 18,482 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,44 | -13,531 | 2,44 | 18,507 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,44 | -13,546 | 2,424 | 18,504 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,44 | -13,461 | 2,52 | 18,513 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,44 | -13,473 | 2,507 | 18,511 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,44 | -13,446 | 2,537 | 18,514 | ||||||||||||||||||||||||
| -29,44 | -13,453 | 2,53 | 18,513 | ||||||||||||||||||||||||
Розрахунок температурних полів ділянок огороджувальних конструкцій будівель та споруд
Призначення програми
Програма призначена для розрахунку (двовимірних та тривимірних) температурних полів ділянок огороджувальних конструкцій будівель та споруд.
В результаті розрахунку будуть отримані:
- тепловий потік, що проходить через ділянку, що розраховується;
- температури в кожній розрахунковій точці температурного поля ділянки огорожі, що розраховується;
- температури на внутрішній поверхні обгородження, що розраховується, і точка з мінімальною температурою на внутрішній поверхні;
- графічне зображення температурного поля обгородження, що розраховується;
- ізотерми температурного поля обгородження, що розраховується.
Характеристика програми
Розрахунок температурного поля виконується шляхом сіток.
Розрахунок може бути зроблений точним методом та методом наближень. Максимальна кількість розрахункових точок за точного методу 100 тисяч для двовимірного поля та 60 тисяч для тривимірного поля. Максимальна кількість точок для методу наближення не встановлена і визначається можливістю комп'ютера та монітора.
Введення даних виконується графічним способом.
Розміри ділянки огорожі (вузла) та крок сітки задається користувачем.
Для тривимірного поля користувачем задається кількість шарів та їх висота. Обмеження кількості розрахункових точок визначаються можливістю комп'ютера.
Розміри стовпців, рядків та шарів задаються користувачем (мм). Рекомендується приймати розміри осередків в діапазоні 5-100 мм залежно від характеру задачі, що вирішується.
Ширина для кожного стовпця та рядка може бути задана окремо. При заданні вихідних даних спочатку задаємо габарити та крок рівномірної сітки. Потім можна перевизначити розміри окремих стовпців, рядків та отримати сітку з нерівномірним кроком. Однак на екрані монітора у будь-якому випадку відображається рівномірна сітка. При цьому розміри колонок і стовпчиків нерівномірної сітки відображаються по периметру розрахункового поля.
У розрахунковому вузлі максимальна кількість матеріалів 8.
Значення температури зовнішнього та внутрішнього повітря встановлюється користувачем у діапазоні від –100 до +2000°C. Може бути встановлено 2 внутрішні температури та одна зовнішня.
Значення коефіцієнта теплопередачі на внутрішній та зовнішній поверхні задаються користувачем (в діапазоні 1-50).
Граничні умови визначаються параметрами - 2 температури внутрішнього повітря, температура зовнішнього повітря та перешкода тепловому потоку.
Обмежень створення граничних умов за чотирма параметрами немає.
За замовчуванням у програмі задано граничні умови. Верхній горизонтальний ряд межує із зовнішнім повітрям. Нижній ряд – із внутрішнім повітрям. Лівий і правий стовпець температурного поля мають перешкоду тепловому потоку відповідно ліворуч і праворуч.
З введенням в дію СП 50.13330.2013 в розділі Енергоефективність потрібно визначати опір теплопередачі за результатами розрахунку температурних полів. Деякі експертизи ці розрахунки вже вимагають, хоча самі експерти нічого не розуміють.
Розрахунок ТП начебто можна виконувати у різних програмах (на форумі це обговорювалося). Проте більшість із таких програм освоїти звичайним архітекторам та інженерам дуже складно. Можна сформулювати вимоги до такої програми:
1. Вона повинна робити те, що потрібно для розрахунку наведеного опору СП 50 і, по можливості, не робити нічого зайвого.
2. Програма повинна бути доступна для освоєння звичайним інженером або архітектором, у якого немає часу витрачати на вивчення якогось програмного монстра на кшталт ANSYS.
3. Програма повинна мати російськомовний інтерфейс.
4. Програма повинна бути добре документована і мати довідкову систему.
5. Програму можна завантажити хоча б для випробування перед покупкою.
Начебто нічого особливого у цих вимогах немає? Але виконати їх не так просто. Здавалося б, таких програм має бути багато. І здається, що їх багато, а вибрати нема з чого. Можете самі пошукати в Інтернеті та спробувати.
Проте приклад однієї такої програми ми наведемо. Це ELCUT. Вона задовольняє більшості (але не всім) нашим умовам.
1. ELCUT може виконувати розрахунки температурних полів, хоча робить ще багато чого корисного, але нам не потрібного.
2. ELCUT легко освоїти. Перший раз, при знайомстві, на розрахунок можна витратити півдня, а потім – максимум півгодини.
3. ELCUT має російськомовний інтерфейс.
4. ELCUT оснащена чудовою довідковою системою та додатковими навчальними відео-роликами.
5. ELCUT має безкоштовну "студентську" версію, якої цілком достатньо для вирішення наших завдань. У "студентській" версії обмежена кількість вузлів розрахункової сітки, але для завдань, подібних до наших цього цілком достатньо - треба тільки розумно задати крок вузлів.
Розібравшись із цією програмою, я написав по ній невелику документацію з розбиранням конкретного прикладу розрахунку. А також як використовувати результати цього розрахунку в пояснювальній записці розділу 10.1 та так, щоб ніякий експерт і не подумав "виникати".
Коментарі
Коментарі 1-4 з 4
Розрахунок для галочки під час перевірки. Страх і жах...
спасибі
Дякуємо за Вашу працю!
Цитата:
Повідомлення #2 від fylosov
Дякуємо за Вашу працю!
Для себе, вирішивши кілька простих прикладів, зрозумів, що ELCUT завищує тепловтрати в 2 рази. Баг це чи фіча – з'ясовувати нема ні часу ні бажання.
У Вашому прикладі розбіжність теж приблизно дворазова.
Я не оцінюю – більше чи менше. Величина теплового потоку, що показується будь-якою програмою розрахунку температурних полів, залежить виключно від того, який граничний елемент (його розмір) вкаже користувач. В ELCUT це робиться вказівкою, в інших програмах – вказівкою "ребра". А тум можна як завгодно зробити - і вдвічі більше, і вчетверо менше задати.
За ідеєю в СП (якщо вже запровадили обов'язковий розрахунок ТП) мали чітко розписати і вимоги. А там нічого немає – одна картинка, походження якої взагалі невідоме.
Страх і жах...
Так скоро енергоефективність за кількістю сторінок наздожене (і обжене) охорону навколишнього середовища (~300 аркушів табличок 7-8 шрифтом)
Якщо кілька будівель, то і більше буде. І це закладено самим П87. Там скрізь потрібне "обґрунтування". На підставі цього надміру ретельні та прискіпливі експерти вимагають "розписувати за цифрами" хід розрахунку за кожним показником - звідки що взялось, як вважали. Якби, як ведеться, у записці наводилися результати, а "обґрунтування" були б в архіві, обсяг був би меншим. Але вони все одно розрахунки зажадали б і їх все одно треба оформляти.
А із запровадженням змін у П87 буде ще гірше - це буде вже не один розділ, а "глава" майже в кожному розділі.