Результаты расчётов и анализ полученных данных
Одним из критериев завершенности расчёта в рамках условий такого моделирования является малая скорость движения воздуха внутри выделенного объема. Данное условие крайне важно, так как данная область должна условно представлять собой комнату, где воздух практически недвижим. Согласно полям распределения скорости (рис. 3 и 4), скорость в обеих расчётах не превышала 0,2…0,5 м/с. Максимальная скорость воздуха внутри рассматриваемого также не превышает 0,2…0,5 м/с.
Рисунок 3 – Поле распределения скорости в плоскости симметрии при использовании схемы №1.
Рисунок 4 – Поле распределения скорости в плоскости симметрии при использовании схемы №2.
Сравнение данных, полученных при моделировании, с данными, полученными путем измерения температур с помощью термопары при проведении тестовых запусков на экспериментальном стенде, приведено в таблице 3, из которой следует, что результаты расчёта в целом являются релевантными при дальнейшем анализе особенностей рассматриваемых схем.
Таблица 3 – Сравнение данных замеров и результатов численного моделирования
Локация | Температура, °С | Относительная погрешность, % | ||||
Схема №1 | Схема №2 | Схема №1 | Схема №2 | |||
Замеры | Расчёт | Замеры | Расчёт | |||
Бак смешения, внешняя стенка, верхняя грань | 274 | 262 | 259 | 253 | 4,58 | 2,37 |
Бак смешения, внутренняя стенка, верхняя грань | 264 | 257 | 247 | 249 | 2,72 | 0,81 |
Бак смешения, внешняя стенка, середина | 285 | 278 | 241 | 237 | 2,52 | 1,69 |
Бак смешения, внутренняя стенка, середина | 288 | 272 | 230 | 233 | 5,88 | 1,3 |
Бак смешения, внешняя стенка, начало конического сужения | 181 | 196 | 227 | 231 | 8,29 | 1,76 |
Бак смешения, внутренняя стенка, начало конического сужения | 152 | 178 | 218 | 229 | 17,11 | 5,05 |
Воздух вблизи нагревателя | 80 | 86 | 62 | 69 | 7,5 | 11,3 |
Керамические части модели, середина внешней стенки | 149 | 212 | 136 | 205 | 42,28 | 50,74 |
Полученные данные о температурных полях внутри керамики и стенок бака смешения, показывают, что несмотря на схожие максимальные температуры, выдаваемые нагревателями первой (рис. 5 и 6) и второй схем (рис. 7 и 8), то есть 305 °С и 300 °С, соответственно, распространение тепла в первом случае происходит меньшее.
|
|
Рисунок 5 – Поле распределения температуры в плоскости симметрии при использовании схемы №1.
(а) | (б) |
(в) |
Рисунок 6 – Поле распределения температуры в поперечных сечениях (вверх бака (а), середина бака (б) и начало конической части бака (в)) при использовании схемы №1.
Согласно результатам моделирования, при использовании схемы №1 цилиндрическая стенка бака имеет среднюю по объему температуру порядка 237 °С, коническая часть имеет температуру порядка 170 °С, а нижняя цилиндрическая часть остается практически не прогретой – только 102 °С.
|
|
Рисунок 7 – Поле распределения температуры в плоскости симметрии при использовании схемы №2.
(а) | (б) |
(в) |
Рисунок 8 – Поле распределения температуры в поперечных сечениях (вверх бака (а), середина бака (б) и начало конической части бака (в)) при использовании схемы №2.
При использовании второй схемы, цилиндрическая стенка бака имеет среднюю по объему температуру порядка 242 °С, коническая часть имеет температуру порядка 219 °С, а нижняя цилиндрическая часть нагревается до 167 °С. Подобное различие, как полагают авторы, связано с тем, что большая часть бака при использовании первой схемы прогревается за счет теплообмена с окружающим нагреватель воздухом и одновременно охлаждается воздухом самой комнаты из-за чего большая часть тепла рассеивается, в то время, как во второй схеме, нет контакта воздуха и нагревателя, за счет чего потери значительно сокращаются. Равномерность прогрева бака смешения также значительно лучше у второй схемы.
Таким образом, проведенные расчёты и измерения на экспериментальных моделях показывают, что вторая схема является более предпочтительной, чем первая, вследствие меньших тепловых потерь и более равномерного прогрева стенки.
|
|
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 58; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!