Graf teplotných polí systému Olma. Výpočet teplotných polí. Výpočet teplotných polí prierezov obvodových konštrukcií budov a stavieb

Oblasť použitia Konštrukcia objemových teplotných polí v geoinžinierstve, geotechnike, geotermii a baníctve na základe údajov teplometrických sietí v permafroste. Znalosť teplotného stavu hornín a zemín základov inžinierskych stavieb v zóne permafrostu - vodných elektrární, nadzemných stavieb podzemných baní, prevádzkovaných budov, tepelných elektrární postavených na permafroste - je kľúčom k ich bezpečná prevádzka. Rozsah programu určuje aj skutočnosť, že viac ako 60 % územia Ruskej federácie sa geograficky nachádza v zóne permafrostu Zeme.

Popis algoritmu Algoritmus je numerickou implementáciou autorskej schémy (ďalej len "schéma") v rámci klasického systému automatizované ovládanie s priamymi a spätnými odkazmi. Určený na spracovanie priestorovo rozložených teplotných údajov typu „rozptýlený“ metódou zmeny stacionárnych stavov pri riešení geotermálnych problémov pre pomalé procesy vyskytujúce sa všade v geoinžinierstve (najmä vo vyspelých regiónoch severu a arktického šelfu).

Všeobecné prvky algoritmu a niektoré výsledky programu sú uvedené v článku.

V.V. Neklyudov, S.A. Velikin, A.V. Malyshev, Kontrola teplotného stavu základov baní v zóne permafrostu pomocou automatizovaného monitorovania, Kryosféra Zeme, 2014, č.4.

Na zaistenie geokryologickej bezpečnosti počas prevádzky inžinierskych zariadení v zóne permafrostu využíva „schéma“ overené a spoľahlivé algoritmy na 2D alebo 3D interpoláciu „rozptýlených“ údajov. Počiatočné údaje o teplote sú rozdelené do dvoch blokov:

• teplotné parametre objemových kvázistacionárnych zdrojov tepla objektu: banská šachta, sústava objemových vetracích potrubí, sústava mraziacich stĺpov a termosifónov;
• teplota siete meracích vrtov: vertikálne termometrické vrty a horizontálne vrty, ako aj jednotlivé teplotné snímače na vstupe a výstupe mraziaceho systému.

"Schéma" poskytuje čítanie geometrie objektu a geometrie vrtných termometrických sietí, ako aj prvkov stavebných výkresov, podľa ktorých sa vytvára objemová mriežka s údajmi o teplote. Po 2D alebo 3D interpolácii (voliteľné) umožňuje „schéma“ zobraziť výsledný teplotný box vo formáte vhodnom na čítanie inými (na požiadanie objednávateľa) profesionálnymi grafickými systémami.

Počiatočná geometria objektu pre "schému" je vytvorená podľa konštrukčných výkresov v známom programe "Surfer".

"Schéma" vám umožňuje:

• pracovať s databázou dlhodobých (automatizovaných) pozorovaní a budovať tak geokryologické teplotné rezy, ako aj geokryologické rezy rýchlostí mrazu a rozmrazovania, a to v 2D aj 3D forme;
• numericky vyhodnotiť niektoré termofyzikálne charakteristiky (tepelná difúznosť a pod.) zemín a hornín základu objektu priamo v teréne ako riešenie koeficientovej úlohy najjednoduchšej rovnice prenosu tepla;
• vybudovať trojrozmerné izotermické plochy v objeme základu (podzemná baňa), vr. a v dynamike, ktorá umožňuje odhadnúť priestorové rozloženie regiónov fázové prechody a prejdite na konštrukciu termodynamických charakteristík základových pôd.

"Schéma" poskytuje možnosť interaktívnej práce so zostrojenou kockou teplotného poľa:

• prechádzať medzi hlbokými a vertikálnymi rezmi jedným kliknutím.
• jedným kliknutím nastavte ďalšie body na hĺbkovom reze, označte v ňom novú teplotu a prepočítajte interpoláciu na tomto hĺbkovom reze.
• vykonať korekciu krátkych jamiek v extrapolačnom intervale.

Využitie autorskej možnosti „extrapolácie“ krátkych vrtov do hĺbky dlhých vrtov výrazne rozširuje možnosti objemových konštrukcií v geotechnickom priemysle. Na žiadosť Zákazníka je možné využiť aj iné možnosti

„Schéma“ poskytuje možnosť „online – sledovania“ na displeji výrobného počítača (podľa dostupnej histórie dlhodobých meraní teplôt) dynamiky teplôt vo všetkých termometrických vrtoch založenia výškovej budovy podzemnej bane. štruktúry nad baňou. Táto možnosť umožňuje operátorovi mraziacej stanice priamo vizuálne fixovať výskyt abnormálnych teplotných trendov v aktuálnej dynamike a reagovať na neštandardné situácie nastavením ďalších parametrov v okruhu spätná väzba v ACS "termometrický systém - rezidentný program - mraziaci systém".

"Schéma" je implementovaná pre verziu "CPU-Calculations", dá sa však preniesť do prípadu "GPU-Calculations".

Funkčnosť Typický objem spracovávaných dát je až 8 GB RAM pre najväčšie podzemné bane v zóne permafrostu Ruskej federácie na jeden typický základ podzemnej bane.

Detail teplotné konštrukcie algoritmom programu "Thermic" sú opatrené detailmi až po získanie teplotných gradientov na priereze pilóty, presne na jej tvar - okrúhly alebo štvorcový. Presnosť vlastne teplotných konštrukcií je zabezpečená presnosťou použitých teplotných snímačov - zvyčajne až na stotiny stupňa Celzia. Chyba určuje aj hardvérový komponent. Takéto schopnosti, ktoré poskytuje algoritmus programu Thermik, ktoré v súčasnosti nie sú dostupné v iných známych geotechnických systémoch, umožňujú operátorom vyhodnocovať tzv. teplotné deformačné napätia na pilótach a iných prvkoch (potrubia atď.) s cieľom kontrolovať ich deštrukciu.

Nástroje implementácia algoritmu - rodina C++, v popisovanej 64bit verzii - programovacie prostredia. Používateľovi sa doručí ako spustiteľný súbor.

K dnešnému dňu väčšina počítačové programy podľa nášho názoru sa na výpočet teplotných polí používa zastaraný prístup: problém je formulovaný v nepohodlnej tabuľkovej forme, ktorá si vyžaduje špeciálne štúdium od používateľa. Zároveň je spôsob výpočtu a model pre používateľa prakticky nedostupný. Samozrejme, táto metóda poskytuje určitú výhodu v šetrení pamäte a výpočtových zdrojov, ale vzhľadom na rýchly vývoj počítačová veda takéto obmedzenia už ustupujú do pozadia. V prvom rade s prihliadnutím na vysokú saturáciu heterogénnych prvkov v uzle teraz prichádza požiadavka „prirodzenosti“ zadania problému a flexibility pri zmene počiatočných údajov, keďže je zrejmé, že na to, aby projektant našiel optimálne riešenie pre vyvíjaný dizajn, výpočty viacerých možností montáže uzla so zmenou geometrického a fyzicka charakteristika jeho základné prvky.

Zložitosť programovania a vysoké náklady na špecializované programy spôsobujú, že dizajnérske organizácie odmietajú určiť odpor prenosu tepla uzla na základe výpočtu teplotných polí a zohľadňujú iba normatívnu hrúbku izolácie. Je zrejmé, že je to úplne nedostatočné na výpočet zložitých štruktúr s mnohými vrstvami a tepelne vodivými inklúziami.
Môžeme teda povedať, že život trvá na vývoji a implementácii do masovej praxe programov na výpočet teplotných polí, ktoré by boli jednoduché a užívateľsky prívetivé, umožňovali využitie existujúcej hardvérovej základne a nevyžadovali by špeciálne znalosti v oblasti programovanie a tepelná technika.
Na tento účel Stratum 2000 vyvinul konštruktéra tepelného inžiniera. Projektant má možnosť vizuálne a manipulačne usporiadať rám tepelnej konštrukcie. Systém využíva intuitívny grafický notačný systém, ktorý uľahčuje zadávanie údajov a výsledky výpočtov. Ďalej, keďže sme vyvinuli výpočtové modely, ktoré teraz systém chápe pod rôznymi vizuálnymi obrazmi (stavebné konštrukcie), prostredie nezávisle tvorí všeobecný matematický model celého projektu ako celku, nakreslený používateľom, vypočítaný a vizuálne zobrazí výsledok priamo na grafickom obrázku.

V budúcnosti je možné postaviť celý komplex tepelnotechnických modelov základných konštrukcií a ich grafických zobrazení, potrebných pre projektanta. Ich spojenie na jedinom inštrumentálnom základe, ktorým je prostredie Stratum-2000, umožňuje ako neobmedzený výber možností projektu prostredníctvom ich vizuálneho štrukturálneho a parametrického návrhu, tak aj modifikáciu samotných modelov prvkov a spôsobov ich výpočtu v prípade potreby.

Za základ matematického modelu teplotného poľa bola vzatá známa rovnica stacionárneho dvojrozmerného teplotného poľa v konečných rozdieloch.

Táto rovnica je implementovaná pomocou variácie metódy konečných rozdielov - metódy ekvivalentných obvodov. Podstatou tejto metódy je, že elementárne objemy, na ktoré je celá konštrukcia rozdelená, sú následne nahradené mriežkovými uzlami spojenými väzbami s danou tepelnou vodivosťou, ktoré popisujú prestup tepla medzi stredmi elementárnych objemov. Po vytvorení takejto mriežky sa zostaví a vyrieši systém lineárnych rovníc a vypočíta sa teplota v uzloch výslednej mriežky. Vzhľadom na malé vzdialenosti medzi uzlami sa predpokladá, že zmena teploty medzi nimi je lineárna. Predpokladá sa, že s malým krokom rozdelenia má takýto predpoklad malý vplyv na presnosť výsledku.
Zvláštnosť Stratum 2000 spočíva v tom, že je možné prezentovať vzťahy medzi elementárnymi objemami tým najnázornejším spôsobom. Súčasne je konštrukčný prvok navrhnutý tak, že nezávisle vypočítava teplotu vo svojom strede, čím získava potrebné informácie zo susedných prvkov, čím sa realizuje modelovanie prirodzených väzieb v látke matematickým spôsobom.
Na zostavenie a vyriešenie stacionárneho dvojrozmerného teplotného poľa akéhokoľvek objektu stačia iba tri základné prvky:

• centrálny modul, ktorý reprodukuje materiál konštrukcie;
• bočný modul, ktorý nastavuje teplotu na povrchu konštrukcie (tzv. okrajové podmienky tretieho druhu);
• "zrkadlový" modul, ktorý imituje pokračovanie konštrukcie, nastavuje nulový tepelný tok v bode zlomu.

Vzťah týchto prvkov je možné znázorniť tak, ako je to znázornené na obrázkoch 1 až 4.

Príkladom použitia programu je výpočet tepelného poľa, ktoré sa vyskytuje v murive studne. „Ideálny“ návrh zatepleného muriva je na obr. 6, ale v praxi je pre zvýšenie stability potrebné previazať vonkajšiu a vnútornú vrstvu, čím sa vytvorí takzvaný „studený most“ (obr. 5). Je zrejmé, že tepelná vodivosť takejto konštrukcie sa nerovná tepelnej vodivosti „ideálneho“ muriva. Existujú dva možné spôsoby riešenia problému. Problém môžete skúsiť vyriešiť „hlavou“ zvýšením hrúbky hlavnej izolácie, alebo sa pokúsiť zablokovať únik tepla umiestnením účinnej izolácie za prepojku, ako je znázornené na obr.7. Zároveň „jednoduchý“ prenos izolácie problém nevyrieši, keďže tepelný tok „obteká“ izoláciu, čo zvyšuje tepelné straty. Výpočty ukazujú, že na dosiahnutie rovnosti s „ideálnym“ tepelným tokom je potrebné pri tomto návrhu predĺžiť izoláciu o 48 cm pri hrúbke vložky rovnajúcej sa hrúbke izolácie a o 30 cm pri jej dvojnásobku. hrúbka. Súčasne na dosiahnutie požadovaného tepelného toku zvýšením hlavnej izolácie je potrebné zvýšiť ju o 1,4 krát.

S použitím Stratum 2000 tak praktickí dizajnéri majú možnosť konštrukčne aj parametricky optimalizovať svoje vlastné originálne návrhy a dosiahnuť čo najefektívnejšie a ziskové riešenia s rigoróznym prístupom.

UDK 678.065.028.001.24

V. A. ISHCHENKO, M. V. SHAPTALA (DIIT)

VÝPOČET TEPLOTNÝCH POLÍ

PRI VULKANIZÁCII ELASTOMÉROVÝCH VÝROBKOV

Metóda trivivírusového teplotného poľa rozrahunka metódou synchronických prvkov na určenie doby vulkanizácie elastomérových virobivín bola rozobratá, aby sa dal povrch zložiť na povrch. Na zadku boli veľké! pneumatikách sa ukazuje, že zlepšením teplotného rozdielu s tromi žliabkami na privnyan i3 pomocou techniky plochej čiary, ktorá je v priemysle nákazlivá, sa môže hodina vulkanizácie zmeniť o 6.. .8 %. Tse dať suttevu šetriace teplo! energie v mysliach masovej virobnitstva.

Bola vyvinutá technika na výpočet trojrozmerného teplotného poľa metódou konečných prvkov na určenie doby vulkanizácie elastomérnych produktov s geometricky zložitými vykurovacími plochami. Na príklade pneumatiky veľkých rozmerov sa ukazuje, že zohľadnenie trojrozmernosti rozloženia teploty v porovnaní s metódou plochého profilu, ktorá sa v súčasnosti používa v priemysle, umožňuje skrátiť čas vulkanizácie o 6,8 %, čo vedie k výrazné úspory tepelnej energie pri hromadnej výrobe.

Bol vyvinutý postup výpočtu 3-D teplotného poľa s aplikáciou MKP na stanovenie času vulkanizácie elastomérnych produktov s geometricky zložitými výhrevnými plochami. Na príklade vysokovýkonnej pneumatiky sa ukázalo, že zohľadnenie 3-D charakteru rozloženia teploty umožňuje skrátiť čas vulkanizácie o 6-8% v porovnaní s postupom rovinného rezu, ktorý sa v súčasnosti používa v priemysle, ktorý má za následok výrazné úspory tepelnej energie v podmienkach komerčnej výroby.

Technológia výroby elastomérnych výrobkov zabezpečuje vulkanizáciu, pri ktorej surový obrobok vďaka držaniu pri vysokej teplote a tlaku vo formách získa požadovanú geometriu a elastomérny materiál nadobudne potrebné vlastnosti. Tepelné podmienky vulkanizácie sú pre každý výrobok individuálne. Nesprávne zvolený tepelný režim povedie buď k nadmerným výdavkom drahej tepelnej energie, alebo neposkytne produktu požadovanú kvalitu. Preto je naliehavou úlohou výber racionálneho režimu vulkanizácie gumy a výrobkov z mechanickej gumy, a najmä viacvrstvových výrobkov zložitých geometrických tvarov, ako sú pneumatiky.

Rozvinúť racionálny spôsob vulkanizácie elastomérny výrobok znalosť jeho teplotných polí je potrebná na určenie času dosiahnutia požadovaného stupňa vulkanizácie v takzvanom chladnom bode konštrukcie, teda v bode, kde je teplota minimálna. Teplotné pole pneumatiky je určené termofyzikálnymi charakteristikami materiálov, ktoré sú funkciami teploty, zložitou geometriou vykurovacích plôch, vnútornými zdrojmi tepla v dôsledku uvoľňovania tepla počas chemických vulkanizačných reakcií a časovo sa meniacimi teplotami na vonkajšej strane pneumatiky. a vnútorné povrchy pneumatiky.

Bez ohľadu na typ vulkanizačného zariadenia sa pneumatiky zahrievajú

parou vyhrievané formy na mastenec; vnútorné zahrievanie a lisovanie sa vykonáva položením gumových varných komôr alebo membrán do pneumatík. Typ a parametre nosičov tepla zo strany formy a membrány nie sú rovnaké (obr. 1).

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 (0 120

Čas.min

Ryža. 1. Graf zmien okrajových podmienok

Tepelný problém tohto druhu nie je možné vyriešiť analytickými metódami. Ten by sa mal použiť len na predbežné orientačné odhady. Takže namiesto zložitého kompozitného telesa možno v prvom priblížení uvažovať o homogénnej neobmedzenej doske, pre ktorú existuje riešenie - rozloženie hrúbky a zmena teploty v čase.

V súčasnosti sa na vytvorenie režimov vulkanizácie pneumatík používa buď metóda redukovanej dosky, pri ktorej sa počíta jednorozmerné teplotné pole, alebo metóda plochého prierezu, ktorej tvar zohľadňuje vlastnosti behúňa pneumatiky. pre ktoré

dvojrozmerné teplotné pole. V prvom prípade je potrebné nastaviť takú hrúbku plechu, ktorá by zohľadňovala sýtosť dezénu a množstvo ďalších faktorov. V druhom prípade sa v pneumatike vyberie najťažšie vyhrievaný úsek, ktorého výber je založený na skúsenostiach a intuícii výskumníka.

Pri vykonávaní takýchto výpočtov sa zohľadňuje zakrivenie profilu pneumatiky, nerovnobežnosť vrstiev, rôzne počiatočné teploty formy, pneumatiky a komory, závislosť termofyzikálnych charakteristík od teploty s nahradením trojrozmerných (v behúni vzor) tepelné toky a uvoľňovanie tepla vulkanizačnej reakcie sa zanedbáva.

Aby sa zohľadnili všetky vlastnosti konštrukcie pneumatiky, tepelné vlastnosti materiálov a interné zdroje tepla, bola vyvinutá metóda na výpočet trojrozmerného teplotného poľa pomocou metódy konečných prvkov.

Rovnica tepelnej vodivosti vo valcových súradniciach na výpočet teplotných polí v trojrozmernom tvare s vnútornými zdrojmi tepla v dôsledku uvoľňovania tepla počas chemickej reakcie vulkanizácie:

dt 2 - = aV 2t-d t

kde je tepelná difúznosť

X, ep, p - tepelná vodivosť, tepelná kapacita a

hustota; - vnútorné zdroje tepla; Laplaceov operátor (pre cylindrický súradnicový systém)

w2 q2 1 q 1 q2 V2 =-

povrchu formy a membrány na zodpovedajúce teploty nosičov tepla. Teplota na vnútornom a vonkajšom povrchu výrobku je funkciou času, t.j. sú nastavené okrajové podmienky 1. druhu (pozri obr. 1).

Geometrický model veľkej pneumatiky so sieťou konečných prvkov je znázornený na obr. 2 znázorňujúci všetky znaky dezénu a dezénu ako celku, ako aj s uvedením typov materiálov. Kvôli symetrii je daný jeden rozteč pneumatík.

dg2 g dg G2 df2 dz

V počiatočnom okamihu je teplota produktu vo všetkých vrstvách rovnaká a zodpovedá špecifikácii

Pri výpočte sa vychádzalo z rovnosti teplôt

Ryža. 2. Výpočtový model

Termofyzikálne vlastnosti materiálov sú funkciami teploty.

Hodnota vnútorných zdrojov tepla je určená tepelným účinkom vulkanizačnej reakcie, ktorý závisí od chemické zloženie guma

Porovnávacie výpočty teplotných polí rôzne možnosti uskutočnené pomocou balíka konečných prvkov MSC Marc. Prvá verzia výpočtu zodpovedala metóde redukovanej dosky, ktorej hrúbka bola zvolená v súlade s . V druhom variante sa počítalo s plochým úsekom, ktorý zodpovedal rohovej zóne, kde je hrúbka pneumatiky maximálna. Tretia možnosť zodpovedala skutočnému prevedeniu (pozri obr. 2). Hlavné výsledky výpočtu sú uvedené v tabuľke.

Porovnávacia tabuľka časov vulkanizácie

Parametre Jednorozmerná úloha Dvojrozmerná úloha Trojrozmerná úloha

Bez ext. zdroje C ext. zdrojov

Čas na dosiahnutie 90% modulu

posun v %, vzhľadom na jednorozmerný problém 100 91,4 88 85,2

Úspora tepla v porovnaní

s jednorozmerným výpočtom, % 8,6 12 14,8

Pri veľkej pneumatike s relatívne jednoduchým dezénom teda zohľadnenie trojrozmernosti štruktúry a vnútorných zdrojov tepla umožňuje skrátiť čas vulkanizácie o 6,2 %, avšak táto výhoda by sa nemala rozšíriť na iné typy pneumatík, vzhľadom na významný vplyv typu dezénu, okrajových podmienok a iných zdrojových údajov.

LITERATÚRA

1. A. V. Lykov, Teória tepelnej vodivosti. - M.: Vyššie. škola, 1967. -599 s.

2. Aranovich F. D. Výpočet doby trvania vulkanizácie pneumatík pre poľnohospodárske pneumatiky a pneumatiky veľkých rozmerov metódou redukovanej dosky, / F. D. Aranovich, V. A. Ishchenko, L. B. Nikitina, M. I. Sverdel // Kauchuk i rezina. 1976 - č. 6. - S. 28-32.

3. Sverdel M. I. softvér režimy navrhovania a niektoré aspekty zlepšenia účinnosti procesu vulkanizácie pneumatík pre pneumatiky /M. I. Sverdel, A. V. Zimin, E. A. Dzyura a kol. // Otázky chémie a chemických technológií. 2002. - č.4.

Príloha D

Metóda stanovenia odolnosti obvodových konštrukcií proti prestupu tepla na základe výpočtu teplotných polí

D.1. Obvodová konštrukcia je rozdelená na vypočítané (dvojrozmerné alebo trojrozmerné s ohľadom na rozloženie teploty) sekcie.

D 2. Pri určovaní zníženej odolnosti proti prestupu tepla sa podľa výpočtových údajov na osobnom počítači (PC) stacionárneho dvojrozmerného teplotného poľa rozlišujú dva prípady:

a) skúmaná oblasť pridelená na výpočet teplotného poľa je fragmentom obvodovej konštrukcie, pre ktorú je potrebné určiť hodnotu;

b) skúmaná oblasť, pre ktorú sa vypočítava teplotné pole, má menšiu veľkosť ako analyzovaný fragment obklopujúcej konštrukcie.

V prvom prípade sa požadovaná hodnota vypočíta podľa vzorca

kde je súčet tepelných tokov prechádzajúcich skúmanou oblasťou, určený ako výsledok výpočtu teplotného poľa;

A - teplota vnútorného a vonkajšieho vzduchu, ° C;

L je dĺžka skúmanej oblasti, m.

V druhom prípade sa určuje podľa vzorca

kde je dĺžka, m, homogénnej časti fragmentu obklopujúcej konštrukcie, odrezanej od skúmanej oblasti v priebehu prípravy údajov na výpočet teplotného poľa;

Odpor prestupu tepla homogénnej uzatváracej konštrukcie, .

D.3. Pri výpočte dvojrozmerného teplotného poľa sa vybraná oblasť nakreslí v určitej mierke a na základe výkresu sa zostaví výpočtová schéma, ktorá ju zjednoduší pre ľahké rozdelenie na sekcie a bloky. kde:

a) nahradiť zložité konfigurácie sekcií, ako sú zakrivené, jednoduchšími, ak táto konfigurácia má malý účinok z hľadiska tepelnej techniky;

b) dať na výkres hranice študovaného územia a súradnicové osi (x, y alebo r, z). Prideľte oblasti s rôznou tepelnou vodivosťou a na hraniciach uveďte podmienky prenosu tepla. Dajte dole všetky potrebné rozmery;

c) rozdeliť študijný priestor na elementárne bloky, oddelene oddelene od sekcií s rôznymi súčiniteľmi tepelnej vodivosti. Nakreslite na mierku schému členenia študijnej oblasti a zapíšte rozmery všetkých blokov;

d) nakreslite študijnú oblasť v podmienenom súradnicovom systéme x", y", keď všetky bloky budú mať rovnakú veľkosť. Zadajte súradnice vrcholov polygónov, ktoré obmedzujú oblasti oblasti s rôznou tepelnou vodivosťou, a súradnice vrcholov polygónov, ktoré tvoria hranice skúmanej oblasti. Rezy a hranice skúmanej oblasti sú očíslované a vrcholy oblastí tepelnej vodivosti, teplôt (alebo tepelných tokov) na hraniciach alebo súčiniteľov prestupu okolitého vzduchu a tepla sú podpísané;

e) pomocou dvoch nákresov vytvorených podľa „c“ a „d“ a riadených štandardnou (zvyčajnou) postupnosťou usporiadania zostavte súbor číselných hodnôt počiatočných údajov na zadanie do PC.

Príklad výpočtu 1

Je potrebné určiť znížený odpor voči prenosu tepla trojvrstvového kovového stenového panelu vyrobeného z plošných materiálov.

A. Počiatočné údaje

1. Dizajn panelu je znázornený na obrázku D.1. Pozostáva z dvoch profilovaných oceľových plechov so súčiniteľom tepelnej vodivosti 58, medzi ktorými sú uložené dosky z minerálnej vlny Rockwool s hustotou 200, so súčiniteľom tepelnej vodivosti 0,05. Plechy sú navzájom spojené oceľovými profilmi cez vypaľované preglejkové rozpery hrúbky 8 mm so súčiniteľom tepelnej vodivosti 0,81.

2. Pri výpočte boli zohľadnené nasledujúce podmienky na stranách plotu:

vonku - a;

vnútri - a .

B. Postup výpočtu

Proces prestupu tepla v uvažovanej konštrukcii výrazne ovplyvňujú oceľové profily spájajúce profilované opláštenie navzájom a vytvárajúce takzvané studené mosty. Na prerušenie týchto studených mostov sú profily pripevnené k plechom cez preglejkové rozpery. Na výpočet teplotného poľa je možné zvoliť časť konštrukcie s rebrom v strede.

Teplotné pole uvažovanej oblasti je dvojrozmerné, pretože rozloženie teploty vo všetkých rovinách rovnobežných s rovinou prierez konštrukcie sú rovnaké. Profily v hlavnej časti sú vo vzdialenosti 2 m od seba, takže výpočet môže brať do úvahy os symetrie v strede tejto vzdialenosti.

Skúmané územie (obrázok E.1) má tvar obdĺžnika, ktorého dve strany sú prirodzenými hranicami obklopujúcej konštrukcie, na ktorej sú vytvorené podmienky pre výmenu tepla s životné prostredie, a ďalšie dve - osi súmernosti, na ktorých si môžete nastaviť podmienky pre kompletné zateplenie, t.j. tepelný tok v smere osi OX rovný nule.

Študijná plocha pre výpočet podľa D.Z tejto prílohy bola rozdelená na 1215 elementárnych blokov s nerovnomernými intervalmi.

Ako výsledok výpočtu dvojrozmerného teplotného poľa na PC sa získal spriemerovaný tepelný tok prechádzajúci cez vypočítaný úsek obvodovej konštrukcie rovný Q = 32,66 W. Plocha vypočítanej plochy je A = 2.

Znížený odpor voči prenosu tepla vypočítaného fragmentu podľa vzorca (D.1)

Na porovnanie, odpor voči prenosu tepla mimo tepelne vodivého včlenenia, určený vzorcom, sa rovná:

Teplota vnútorného povrchu v zóne teplovodivého začlenenia podľa výpočtu na PC je 9,85°C. Skontrolujte stav zrážok kondenzátu pri a . Teplota rosného bodu je podľa prílohy L vyššia ako povrchová teplota pozdĺž teplovodivého včlenenia, preto pri projektovanej vonkajšej teplote -30°C dôjde ku kondenzácii a je potrebné návrh dopracovať.

Návrhová teplota vonkajšieho vzduchu, pri ktorej nedôjde ku kondenzácii, by mala byť určená vzorcom

D.4. Pri príprave na riešenie problémov stacionárneho trojrozmerného teplotného poľa sa vykonáva nasledujúci algoritmus:

a) vyberte prierez obvodovej konštrukcie potrebný na výpočet, trojrozmerný vo vzťahu k rozloženiu teploty. Na mierke sú nakreslené tri projekcie uzatváracej konštrukcie a všetky rozmery sú uvedené;

b) zostavte výpočtovú schému (obrázok D.2), nakreslite axonometrickú projekciu a určitú mierku skúmanej časti obvodovej konštrukcie. V tomto prípade sú zložité konfigurácie sekcií nahradené jednoduchšími, pozostávajúcimi z rovnobežnostenov. Pri takejto výmene je potrebné zohľadniť detaily konštrukcie, ktoré ovplyvňujú tepelnú techniku. Hranice študovanej oblasti a súradnicové osi sú aplikované na výkres, rezy s rôznou tepelnou vodivosťou sú rozlíšené vo forme rovnobežnostenov, sú vyznačené podmienky prenosu tepla na hraniciach a sú uvedené všetky rozmery;

1 - doska z minerálnej vlny, 2 - profilovaný oceľový profil, 3 - oceľový profil; 4 - podložka z preglejky

Obrázok D.1 - Konštrukcia trojvrstvového panelu z plošných materiálov
a výkres študijnej oblasti

c) rozdeľte študijnú plochu na elementárne rovnobežnosteny rovinami rovnobežnými so súradnicovými rovinami XOY, ZOY, YOZ (obrázok D.2), oddelene oddeľte rezy s rôznou tepelnou vodivosťou, nakreslite schému rozdelenia študijnej plochy na elementárne rovnobežnosteny v mierke a uveďte rozmery;

d) nakreslite tri priemety študijnej oblasti do súradnicových rovín v konvenčnom súradnicovom systéme x", y", z" pomocou schém vytvorených podľa "b" a "c". rovnakej veľkosti, uveďte súradnice vrcholových projekcií rovnobežnostenov, ktoré obmedzujú oblasti oblasti s rôznou tepelnou vodivosťou, a projekcie rovín, ktoré tvoria hranice skúmanej oblasti Podpíšte hodnoty tepelnej vodivosti, teplotu pri hranice vzduchu, ktorý ich obklopuje, a koeficienty prestupu tepla;

e) zostavte súbor počiatočných údajov pomocou schém "b", "c", "d" pre vstup do PC.

Príklad výpočtu 2

Stanovte zníženú odolnosť proti prestupu tepla kombinovaného strešného panelu z rebrovaných železobetónových obkladov.

Obrázok D.2 - Návrh kombinovaného strešného panelu (a) a schéma výpočtu pre návrh kombinovaného strešného panelu (b)

A. Počiatočné údaje

1. Dizajn kombinovaného strešného panelu (obrázok E.2) s rozmerom 3180x3480x270 mm predstavuje v priereze trojvrstvový plášť. Vonkajšie a vnútorné vrstvy hrúbky 50 a 60 mm sú železobetónové so súčiniteľom tepelnej vodivosti 2,04. Strednú tepelnoizolačnú vrstvu tvoria dosky z expandovaného polystyrénu so súčiniteľom tepelnej vodivosti 0,05. Každý z plášťov má rebrá s hrúbkou 60 a 40 mm, ktoré sú navzájom rovnobežné vo vzdialenosti 700 mm, siahajúce do stredu tepelnoizolačnej vrstvy. Rebrá plášťov sú navzájom kolmé a teda každé rebro jedného plášťa susedí s rebrom druhého plášťa na platforme 60x40 mm.

Výpočet teplotných polí prierezov obvodových konštrukcií budov a stavieb

Účel programu

Program je určený na výpočet (dvojrozmerných a trojrozmerných) teplotných polí prierezov obvodových konštrukcií budov a stavieb.

Výsledkom výpočtu bude:

• tepelný tok prechádzajúci cez vypočítanú oblasť;
• teplota v každom vypočítanom bode teplotného poľa vypočítaného úseku plotu;
• teplota na vnútornom povrchu vypočítaného plotu a bod s minimálnou teplotou na vnútornom povrchu;
• grafický obrázok teplotné pole vypočítaného plotu;
• izotermy teplotného poľa vypočítaného plotu.

Charakteristika programu

Teplotné pole sa vypočíta pomocou mriežkovej metódy.

Výpočet je možné vykonať presnou metódou a metódou aproximácie. Maximálny počet výpočtových bodov pre presnú metódu je 100 tisíc pre dvojrozmerné pole a 60 tisíc pre trojrozmerné pole. Maximálny počet bodov pre metódu priblíženia nie je stanovený a je určený možnosťami počítača a monitora.

Zadávanie údajov sa vykonáva grafickou metódou.

Rozmery časti plotu (uzla) a rozstup mriežky nastavuje užívateľ.

Pre trojrozmerné pole používateľ nastaví počet vrstiev a ich výšku. Obmedzenia počtu vypočítaných bodov sú určené možnosťami počítača.

Rozmery stĺpcov, riadkov a vrstiev nastavuje užívateľ (mm). Odporúča sa brať veľkosti buniek v rozsahu 5100 mm, v závislosti od povahy riešeného problému.

Šírku pre každý stĺpec a riadok je možné nastaviť samostatne. Pri nastavovaní počiatočných údajov si najprv nastavíme rozmery a krok jednotnej mriežky. Potom môžete predefinovať veľkosti jednotlivých stĺpcov, riadkov a získať mriežku s nerovnomerným krokom. Jednotná mriežka sa však v každom prípade odráža na obrazovke monitora. V tomto prípade sú veľkosti stĺpcov a stĺpcov nejednotnej mriežky zobrazené pozdĺž obvodu vypočítaného poľa.

Vo výpočtovom uzle je maximálny počet materiálov 8.

Hodnotu teploty vonkajšieho a vnútorného vzduchu si užívateľ nastavuje v rozsahu od -100 do +2000°C. Je možné nastaviť 2 vnútorné teploty a jednu vonkajšiu teplotu.

Hodnotu súčiniteľa prestupu tepla na vnútorných a vonkajších plochách si nastavuje užívateľ (v rozsahu 150).

Okrajové podmienky určujú parametre 2 teplota vnútorného vzduchu, teplota vonkajšieho vzduchu a bariéra tepelného toku.

Neexistujú žiadne obmedzenia na vytváranie okrajových podmienok pre štyri parametre.

Štandardne má program hraničné podmienky. Horný horizontálny rad hraničí s vonkajším vzduchom. Spodný rad s vnútorným vzduchom. Ľavý a pravý stĺpec teplotného poľa má vľavo a vpravo bariéru tepelného toku.