Разработка АРМ по расчетам потерь теплоты через печные ограждения
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
В°ссмотрим методику расчета на примере расчета потерь теплоты через плоскую n слойную стенку.
Рассмотрим пример расчета для футеровки боковой стенки состоящей из трёх слоев тепловой изоляции. Сначала нужно найти коэффициент теплопроводности для каждого слоя. Для этого можно воспользоваться формулой:
?i=Ai+Bi10-3tcp+ Ci10-3tcp2, Вт/(мК), (2.1)
где Ai, Bi и Ci - коэффициенты полинома для i-го слоя стенки;cp - средняя температура i-го слоя стенки, С.
Чтоб определить среднее значение температуры слоя, необходимо знать значение температуры на границе слоев. Распределение температур в изоляции боковых стенок определяется простым перебором значений температур (это можно сделать при помощи математических пакетов, например MS Excel, или путем написания дополнительного алгоритма к программе, что было сделано в ходе данной работы), учитывая равенство значений теплового потока, проходящего через слои футеровки.
Значение удельного теплового потока находится по формулам:
q0 = (tвн - tст)/(?(?i/?i)+1/??), (2.2)
,(2.3)
,(2.4)
,(2.5)
где tвн - максимальная температура печи,Сст - температура на наружной поверхности печи,С
?1, ?2, ?3-толщина слоев тепловой изоляции, м
?1, ?2, ?3 - коэффициент теплопроводности слоев 1, 2, 3 соответственно, Вт/(м.К)
?? - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2тАвК)
Причем q0=q1=q2=q3
Потери теплоты через стенку печи определяются путем умножения удельного теплового потока на площадь стенки.
Q=Fq0.(2.6)
2.2Математическая модель
В качестве основы расчетов использовались методический материал по расчету тепловых потерь через печные ограждения [6]. Вся сложность расчетов состояла в нахождении температуры между слоями стенки. Ее можно найти методом подбора, основываясь на свойстве однородности тепловых потоков через слои стенки. Подробно методика представлена в таблице 2.1.
2.3Характеристика тестового варианта расчета в электронных таблицах MS Excel
Для проверки правильности работы алгоритма расчета программы и для отработки методики расчета в рамках проекта создан расчетный файл с помощью MS Office Excel [7].
Книга состоит из 3-х листов:
исходные данные;
промежуточные расчеты;
конечные расчеты;
Для начала необходимо ввести некоторые исходные данные. Характеристики печи, необходимые для расчета, приведены на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Основные характеристики многослойной стенки
Таблица 2.1 - Методика расчета тепловых потерь через плоскую многослойную стенку
№ уравненияНаименование переменнойЕдиницы измеренияРасчетное уравнение (список обозначений в отдельной таблице)Номинальное значение12345Л1.1Температура внутренней поверхности 1 го слояСt1=tв - (q/?1)tвЛ1.2Температура наружной поверхности 3 го слояСt4=tв - (q/?1)tнЛ2.1Коэффициент теплопроводности слоя 1Вт/(м*К)?1=A+B*((t1-t2)/2)*10^(-3)+C*(((t1-t2)/2)^2)*10^(-6)Л2.2Коэффициент теплопроводности слоя 2Вт/(м*К)?2=A+B*((t1-t2)/2)*10^(-3)+C*(((t1-t2)/2)^2)*10^(-6)Л2.3Коэффициент теплопроводности слоя 3Вт/(м*К)?3=A+B*((t1-t2)/2)*10^(-3)+C*(((t1-t2)/2)^2)*10^(-6)Л3.1Плотность теплового потока через 1 слойВт/м2q1=(t1-t2)/(?1/S1)Л3.2Плотность теплового потока через 2 слойВт/м2q2=(t2-t3)/(?2/S2)Л3.3Плотность теплового потока через 3 слойВт/м2q3=(t3-t4)/(?3/S3)Л3.4Разность плотности теплового потока через 1 и 2 слойq1-q2Л3.5Разность плотности теплового потока через 2 и 3 слойq2-q3Л3.6Температура внутренней поверхности 2 го слояСПодборомt1-t1/3Л3.7Температура внутренней поверхности 3 го слояСПодборомt4+t1/3Л4.1Плотность теплового потока через стенкуВт/м2q=(tв-tн)/((?1/S1)+(?2/S2)+(?3/S3))Л4.2Тепловой потокВтQ=F*q
2.4Расчет тепловых потерь
После ввода данных переходим на лист с промежуточными расчетами, изображенный на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Промежуточные расчеты
Как можно заметить, полученные тепловые потоки через слои стенки имеют неравные значениями, т.е. q1?q2?q3, для того, что бы уровнять потоки используем кнопку с написанным макросом рисунок 2.3.
Рисунок 2.3 - Кнопка подбора параметра
В эту кнопку записан следующий макрос:
Sub Прямоугольник1_Щелчок()(M36).GoalSeek Goal:=0, ChangingCell:=Range (M18)(M37).GoalSeek Goal:=0, ChangingCell:=Range (M19)(O17).Select. FormulaR1C1 = Range (M17)(O20).Select. FormulaR1C1 = Range (M20)
End Sub
Как видно из кода, в ячейках М36 и М37 (в них занесены значения температур t2 и t3 соответственно) подбирается такое значение, что бы значения разности между потоками в первом и втором слое и разности между потоками во втором и третьем слое были равны 0. Что приведет к равным потокам в каждом слое стенки, что проиллюстрировано на рисунок 2.4. Количество итераций подбора примерно равно 10-20.
Рисунок 2.4 - Промежуточные расчеты с q1=q2=q3
После того как мы нашли значения температур между слоями(t2 и t3) Мы можем найти полный тепловой поток и саму теплоту потерь рисунок 2.5.
Рисунок 2.5 - Окончательный результат расчетов
Формализация алгоритма методики расчета теплового баланса в электронных таблицах MS Office Excel позволила определить последовательность расчета, обеспечить проверку корректности алгоритма и получить набор тестовых данных. После этого приступили к реализации программного обеспечения.
3.Разработка программного обеспечения
Программа предназначена для выполнения расчетов тепловых потерь через плоскую многослойную стенку, хранения НСИ, входящих и расчетных данных, а так же хранение и осуществления взаимодействия с тер