Численное моделирование влияния радиационного теплопереноса в микросферах тонкопленочных теплоизоляционных покрытий на тепловые потери теплопроводов
Объектом исследования является нанесенный на трубопровод слой сверхтонкой теплоизоляции толщиной 0,33 мм, предполагалось что слой состоит из связующего вещества заполненного микросферами с соотношением 38:62. Моделирование проводилось для микросфер с двумя значениями толщины стенки.
Цель работы – моделирование влияния радиационного теплопереноса в микросферах тонкопленочных теплоизоляционных покрытий на тепловые потери теплопроводов.
В ходе исследования с помощью функций и средств, имеющихся в пакете программ мультифизического моделирования COMSOL Multiphisics, было проведено моделирование тепловых режимов слоя изоляции.
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 12
1 КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ ТЕПЛОПРОВОДОВ И ОБОРУДОВАНИЯ. ………………………… 14
1.1 Характеристики и требования к теплоизоляции …………………………………… 14
1.1.1 Пористость …………………………………………………………………………………… 14
1.1.2 Плотность …………………………………………………………………………………….. 15
1.1.3 Водопоглощение ………………………………………………………………………….. 16
1.1.4 Паропроницаемость ……………………………………………………………………… 16
1.2 Классификация тепловой изоляции. ……………………………………………………. 17
1.3 Тонкопленочные теплоизоляционные покрытия………………………………….. 28
2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ СОПРЯЖЕННОГО ТЕПЛОПЕРЕНОСА В
СИСТЕМЕ «ПОЛЫЕ МИКРОСФЕРЫ – СВЯЗУЮЩЕЕ ВЕЩЕСТВО»………… 31
2.1 Постановка общей физической задачи ………………………………………………… 31
2.2 Математическая модель ……………………………………………………………………… 32
2.3 Метод решения и описание платформы для моделирования ………………… 34
3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАДИАЦИОННОГО
ТЕПЛОПЕРЕНОСА В МИКРОСФЕРАХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ
ТЕПЛОПРОВОДОВ …………………………………………………………………………………….. 36
3.1 Исходные данные ……………………………………………………………………………….. 36
3.2 Результаты численного моделирования ………………………………………………. 37
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕССУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………………………………………………………………….. 43
4.1 Планирование работ и оценка времени их выполнения ……………………….. 44
4.2 Смета затрат на проект ……………………………………………………………………….. 45
4.2.1 Материальные затраты. ………………………………………………………………… 45
4.2.3 Затраты на заработную плату. ………………………………………………………. 46
4.2.5 Затраты на социальные нужды (отчисления). ………………………………… 47
4.2.6 Прочие затраты…………………………………………………………………………….. 47
4.2.7 Накладные расходы. …………………………………………………………………….. 48
4.3 Определение ресурсной эффективности исследования ………………………… 48
4.4 Комплексный анализ научно-исследовательского проекта для
исследования внутренней и внешней среды проекта. ………………………………… 50
4.5 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения……………………………………………. 52
4.6 Диаграмма Ганта ………………………………………………………………………………… 54
Вывод по разделу …………………………………………………………………………………….. 55
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………………………….. 56
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……… 58
5.1.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны)
правовые нормы трудового законодательства ………………………………………………. 58
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны …….. 58
5.2 Производственная безопасность …………………………………………………………. 59
5.2.1 Анализ потенциально вредных и опасных факторов, которые могут
возникнуть на рабочем месте при проведении исследований………………………… 59
5.2.2 Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия
опасных и вредных факторов на исследователя. …………………………………………… 65
5.3 Экологическая безопасность……………………………………………………………….. 69
5.3.1 Анализ влияния рабочей зоны для моделирования на окружающую
среду …………………………………………………………………………………………………………… 69
5.3.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ……. 70
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………….. 71
Выводы по разделу…………………………………………………………………………………… 73
Список использованных источников ……………………………………………………………. 74
Приложение I ………………………………………………………………………………………………. 79
Рациональное потребление энергетических ресурсов, вопросы
энергоэффективности и безопасности в энергетике выступают приоритетным
направлением развития нашего государства. Учет количества потребления
энергоносителей, условия их транспортировки, являются важными вопросами
энергосбережения на данный момент.
Актуальность этих вопросов обусловлена значительной длительностью
отопительного периода (для Томской области составляет более 230 дней, а в
некоторых северных регионах отопление осуществляется круглогодично),
довольно низкой среднегодовой температурой окружающей среды ниже – 5 °С.
Тепловые потери при транспортировке тепловой энергии превышают 70 млн. т.
у. т. в год при общем потреблении теплоресурсов 400 млн. т. у. т. в год.
Ежегодные энергопотери в нашей стране соизмеримы с годовым
энергопотреблением индустриально развитых государств Евросоюза [1]. Такая
масштабная проблема объясняется большой протяженностью трубопроводов
тепловых сетей, из которых примерно 23 % находится в аварийном состоянии.
Для повышения показателей энергоэффективности теплоснабжающих
систем следует сократить сверхнормативные тепловые потери, которые
обусловлены утечкой теплоносителей и потерями тепла с поверхности
теплопроводов, в том числе из-за неудовлетворительного технического
состояния теплоизоляционных конструкций трубопроводов и оборудования. У
традиционных видов теплоизоляции имеет место снижение теплозащитных
свойств в ходе эксплуатации, связано это со структурными особенностями,
влияние которых в основном происходит из-за открытой пористости.
Известно, что эффективным способом снижения потерь тепловой энергии
при ее хранении и транспортировке, является использование
высокоэффективных теплоизоляционных материалов [2-5], отвечающих
современным требованиям. Такого типа материалами являются
тонкопленочные теплоизоляционные материалы, которые изготавливаются из
пустотелых микроскопических сфер и различного состава связующих
компонентов. Данное покрытие легко наносится на любые, даже сложной
геометрической формы поверхности при помощи пульверизатора или валика.
Однако, на сегодняшний далеко не в полной мере изучены теплофизические
свойства данных материалов [3]. У одного и того же материала может
существенно отличаться коэффициент теплопроводности. [6,7].
Довольно большое количество работ посвящено исследованиям
тонкопленочной тепловой изоляции и эффективности ее применения, а также
теплопереноса в ее слое [6-21]. В этих работах освещаются вопросы технологии
использования светопропускающих тонкопленочных теплозащитных покрытий
[8-12], кондуктивного теплопереноса в слое тонкопленочной тепловой
изоляции [7, 13, 14], также разного рода практические приложения [15-21], в
которых исследуется влияние условий эксплуатации тонкопленочной тепловой
изоляции на уровень тепловых потерь оборудования и трубопроводов.
Исследования [7] показали, что теплоперенос в газонаполненных
полостях микросфер может осуществляться за счет теплопроводности,
конвекции и лучистого теплообмена. В современной научной литературе [2-21]
отсутствует описание влияния механизмов теплопереноса в тонкопленочных
теплоизоляционных покрытиях на интенсификацию тепловых потерь
энергетического оборудования. По этой причине для оценки влияния лучистого
теплообмена необходимым является исследование сопряженного кондуктивно-
конвективно-радиационного теплопереноса в рассматриваемой системе.
Актуальность работы. В настоящее время состояние тепловых сетей в
России оценивается как неудовлетворительное. В связи с этим, появляется
необходимость разработки современных технологий в сфере тепловой защиты
и модернизацию существующих видов теплоизоляции. Тонкопленочные
теплоизолирующие покрытия имеют уникальными теплофизическими
свойствами, это находит им широкий круг применения в сфере
энергоснабжении. Но данная технология не получила широкого
распространения, в связи с недостатком знаний о физических свойствах данных
материалов и о протекающих в них процессах тепломассопереноса. К тому же,
на данный момент нет достаточного количества объективных исследований,
которые бы давали точную и подтвержденную информацию об оптимальном
составе компонентов и структуре этих материалов, при которых
обеспечивалась максимальная эффективность при их эксплуатации.
Объект исследования – тонкопленочный теплоизоляционный материал,
фактический состав которого является коммерческой тайной и не раскрывается
производителями.
Предметом исследования является анализ влияния радиационного
теплопереноса в микросферах тонкопленочных теплоизоляционных покрытий.
Практическая значимость результатов. Проведенные исследования
показали, что применение данного материала возможно в сфере энергетики для
снижения тепловых потерь с поверхностей трубопроводов тепловых сетей и
различного рода энергооборудования.
Целью работы является исследование влияния радиационного
теплопереноса в микросферах тонкопленочных теплоизоляционных покрытий
на тепловые потери теплопроводов с применением численного моделирования.
изоляцию. Помещение снабжено аварийным выключателем для
обесточивания оборудования.
В помещении обеспечивается низкий уровень электромагнитного
излучения, запыленности и шума. Основным недостатком данного
помещения, ухудшающим условия труда, является отсутствие искусственной
вентиляции, а также недостаточно приемлемый уровень освещенности с
использованием совместного освещения. В теплое время года недостаточный
приток свежего воздуха приводит к периодическому превышению
допускаемой температуры в аудитории.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (44 отзыва)
4.8 (17 отзывов)
5 (91 отзыв)
4.8 (2878 отзывов)
4.6 (92 отзыва)
5 (8 отзывов)
4.8 (30 отзывов)
4.9 (20 отзывов)
4.7 (46 отзывов)
