Экспериментальные исследования охлаждения жидкости в трубопроводах при отсутствии движения | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (155) май 2017 г.

Дата публикации: 25.05.2017

Статья просмотрена: 103 раза

Библиографическое описание:

Китаев Д. Н., Котляров О. И., Монахов А. И. Экспериментальные исследования охлаждения жидкости в трубопроводах при отсутствии движения // Молодой ученый. — 2017. — №21. — С. 131-133. — URL https://moluch.ru/archive/155/43787/ (дата обращения: 21.09.2018).



В статье представлены результаты экспериментальных исследований времени охлаждения жидкости в трубопроводах. Получены эмпирические уравнения, позволяющие определять температуру воды в стальных неизолированных трубопроводах при охлаждении на открытом воздухе с течением времени с доверительной вероятностью 0,95.

Ключевые слова: инженерные системы, трубопроводы, охлаждение, температурное поле

Процессы охлаждения жидкостей в трубопроводах часто наблюдаются в инженерных сетях и системах. В системах горячего водоснабжения зданий при отсутствии циркуляции воды происходит остывание воды, следствием чего является ненормативная температура теплоносителя у потребителя. Наиболее часто подобные процессы возникают при авариях, когда движение среды в трубопроводе прекращается [1]. В системах отопления жилых и производственных объектов возможно замерзание теплоносителя с течением времени, в трубопроводах, перекачивающих нефтепродукты возможно охлаждение ниже допустимых температур, обеспечивающих транспортировку [2]. В системах тепло и водоснабжения важно знать темпы остывания теплоносителя в трубопроводах [3].

На основе закона сохранения энергии, получено уравнение, позволяющее определить температуру жидкости в трубопроводе t, °С с течением времени при отсутствии движения [4,5]:

,(1)

где с — теплоемкость жидкости, Дж/(кг°С); ρ — плотность жидкости, кг/м3; V — объем трубопровода, м3; α — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2°С); ,- температуры теплоносителя и окружающего воздуха соответственно; F — площадь поверхности трубопровода, м2.

С целью проверки адекватности модели (1) были проведены экспериментальные исследования изменений температуры воды в стальных трубопроводах.

В эксперименте использовались термопары типа ДТПL011 предназначенные для непрерывного измерения температуры. Измерения температуры производились восьмиканальным измерителем типа УКТ38, предназначенным для приема и преобразования сигналов, поступающих от работающих с ним датчиков, в значения контролируемых ими физических величин и отображения одного из этих значений на встроенном цифровом индикаторе. В комплекте с адаптером сети ОВЕН АС-2 прибор обеспечивает передачу на ПК контролируемых значений во всех задействованных каналах контроля. Схема измерений представлена на рис.1.

Рис. 1. Схема измерений

На рис. 2 представлены результаты экспериментальных исследований (обозначены ×) и расчетов по аналитической модели (1) (сплошные линии) [6] для стальных труб диаметром 57, 108, 159мм. В качестве теплоносителя использовалась вода из системы ГВС с температурой tг=58,2°С, температура воздуха составляла tв=16,6°С.

Рис. 2. Изменения температуры теплоносителя

Расчет отклонений аналитических значений от экспериментальных показал, что средние значения ошибок составляют 0,71, 1,57, 1,64 % для диаметров труб соответственно 57, 108, 159 мм. Из представленных результатов следует, что аналитическая модель (1) с допустимой погрешностью может быть использована для расчета температур жидкости при охлаждении в стальных трубопроводах с течением времени.

Характер полученных экспериментальных кривых (см. рис. 2) подсказывает, что они могут быть аппроксимированы экспоненциальной зависимостью, однако последующая обработка показала адекватность полученных моделей только с доверительной вероятностью p=0,85. С целью получения более точных моделей, рассмотрим аппроксимацию полиномиальной зависимостью [7]. Найдем уравнение регрессии в виде полинома k-й степени вида

.(2)

Для нахождения коэффициентов используем метод наименьших квадратов (МНК) согласно которому:

,(3)

где — экспериментальное значение; - величина, рассчитанная по (2), n — число точек.

В итоге были получены уравнения регрессии для трубопроводов диаметром 159,108 и 57мм соответственно:

(4)

(5)

(6)

Среднее значение отклонения экспериментальных значений от рассчитанных по уравнениям (4),(5), составляют соответственно 0,515, 1,42 и 2,12 %.

Проведены экспериментальные исследования, результаты которых доказывают возможность применения аналитической модели (1) для практических расчетов с допустимой погрешностью. Получены эмпирические уравнения, позволяющие определять температуру воды в стальных неизолированных трубопроводах при охлаждении на открытом воздухе с течением времени с доверительной вероятностью 0,95.

Литература:

  1. Комплексное развитие систем коммунальной инфраструктуры муниципального образования: монография / В. Н. Семенов [и др.]. Изд-во Воронежского ГАСУ, 2010. — 135с.
  2. Васильев, И. Е. Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики магистральных нефтяных насосов / И. В. Васильев, Д. Н. Китаев, Е. П. Коротких, Т. О. Маслова// Молодой ученый. — 2017. — № 9(143). — Том 1.– С. 42–45.
  3. Деев, В. М. Водопроводная сеть города (расчёт и конструирование): Учебное пособие /Деев В. М., Черных Е. М., Китаев Д. Н. — Воронеж.: изд-во ВГАСУ, 2008. — 106с.
  4. Теплотехника. Под ред. А. П. Баскакова. — М.: Энергоатомиздат. — 1991. — 224с.
  5. Китаев, Д. Н. Охлаждение воды в трубопроводах системы горячего водоснабжения при отсутствии циркуляции / Д. Н. Китаев, В. Ю. Хузин // Градостроительство, инфраструктура, коммуникации. — 2017. — № 1(6). — С. 9–13.
  6. Китаев, Д. Н. Расчет температур воды в системах горячего водоснабжения /Д. Н. Китаев, В. Ю. Хузин, Т. В. Щукина // Fundamental science and technology — promising developments XI: Proceedings of the Conference. North Charleston, 27–28.03.2017.—North Charleston, SC, USA:CreateSpace, 2017, p.165–167.
  7. Львовский, Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул / Е. Н. Львовский. — М.: Высш. школа. 1982. — 224с.
Основные термины (генерируются автоматически): течение времени, трубопровод, аналитическая модель, доверительная вероятность, температура воды, схема измерений, охлаждение, открытый воздух, допустимая погрешность, уравнение регрессии.


Похожие статьи

Прогнозирование ресурса трубопровода на основе методов...

4) проводится определение ВБР аппарата для каждого расчетного времени эксплуатации

Вероятности безотказной работы элементов структурной схемы надежности и аппарата в целом определяется последовательным

Влияние погрешности измерений на результат

Алгоритм интервального оценивания параметров нелинейных...

...диагонального элемента обратной матрицы и дисперсии погрешностей регрессии.

Чем более нелинейна модель и больше доверительная вероятность (меньше уровень

Отпадает необходимость в аналитических выкладках и программировании процедуры для производных.

Анализ тепловых процессов в электрических сетях

где: TMс (k) – измеренная температура проводника в течение временной выборки; Tmax с – максимально допустимая температура, которая

Предлагаемая модель решения позволила вычислить нагрузочную способность линии с учетом влияния погрешностей измерений...

Статистическая обработка результатов гидравлического...

В пределах указанных задач, как правило, измеряют расход воды, проходящий через модель, исследуют распределение скоростей по высоте поперечного сечения и длине трубопровода

При этом величина 1-&# ; не должна быть больше суммарной ошибки косвенных измерений.

Математические методы в эконометрике как средства анализа...

Решение первой проблемы осуществляется путем решения ряда задач, а именно: идентификация переменных, спецификация аналитической формы уравнения регрессии, оценки параметров уравнения регрессии и его качества.

Применение регрессионного анализа для расчета прогнозных...

Результаты анализа модели (4) и ее параметров. Оценка статистической значимости параметров уравнения регрессии и корреляции проведена с помощью t -статистики Стьюдента и путем расчета доверительного интервала каждого из параметров.

Определение коэффициентов местных потерь в тепловых сетях...

Тип компенсаторов. Условный проход трубопровода, мм.

Методом наименьших квадратов были получены линейные уравнения регрессии для магистрали и

Определение наилучших вероятностей мутации генетического алгоритма в сетях с двухфазной маршрутизацией.

О некоторых непараметрических оценках плотности вероятности...

Ниже рассматриваются непрерывные во времени процессы, но входные и выходные переменные доступны измерению в дискретные моменты времени.

Настоящее исследование посвящено непараметрическим оценкам плотности вероятности и функции регрессии...

Использование гибридной системы охлаждения на основе...

На рисунке 1 представлена принципиальная схема системы охлаждения.

Также необходимо оговорить максимально допустимую плотность электрического тока Jmax.

Рассчитаем давление воздуха, которым питается вихревая труба по формуле

Прогнозирование ресурса трубопровода на основе методов...

4) проводится определение ВБР аппарата для каждого расчетного времени эксплуатации

Вероятности безотказной работы элементов структурной схемы надежности и аппарата в целом определяется последовательным

Влияние погрешности измерений на результат

Алгоритм интервального оценивания параметров нелинейных...

...диагонального элемента обратной матрицы и дисперсии погрешностей регрессии.

Чем более нелинейна модель и больше доверительная вероятность (меньше уровень

Отпадает необходимость в аналитических выкладках и программировании процедуры для производных.

Анализ тепловых процессов в электрических сетях

где: TMс (k) – измеренная температура проводника в течение временной выборки; Tmax с – максимально допустимая температура, которая

Предлагаемая модель решения позволила вычислить нагрузочную способность линии с учетом влияния погрешностей измерений...

Статистическая обработка результатов гидравлического...

В пределах указанных задач, как правило, измеряют расход воды, проходящий через модель, исследуют распределение скоростей по высоте поперечного сечения и длине трубопровода

При этом величина 1-&# ; не должна быть больше суммарной ошибки косвенных измерений.

Математические методы в эконометрике как средства анализа...

Решение первой проблемы осуществляется путем решения ряда задач, а именно: идентификация переменных, спецификация аналитической формы уравнения регрессии, оценки параметров уравнения регрессии и его качества.

Применение регрессионного анализа для расчета прогнозных...

Результаты анализа модели (4) и ее параметров. Оценка статистической значимости параметров уравнения регрессии и корреляции проведена с помощью t -статистики Стьюдента и путем расчета доверительного интервала каждого из параметров.

Определение коэффициентов местных потерь в тепловых сетях...

Тип компенсаторов. Условный проход трубопровода, мм.

Методом наименьших квадратов были получены линейные уравнения регрессии для магистрали и

Определение наилучших вероятностей мутации генетического алгоритма в сетях с двухфазной маршрутизацией.

О некоторых непараметрических оценках плотности вероятности...

Ниже рассматриваются непрерывные во времени процессы, но входные и выходные переменные доступны измерению в дискретные моменты времени.

Настоящее исследование посвящено непараметрическим оценкам плотности вероятности и функции регрессии...

Использование гибридной системы охлаждения на основе...

На рисунке 1 представлена принципиальная схема системы охлаждения.

Также необходимо оговорить максимально допустимую плотность электрического тока Jmax.

Рассчитаем давление воздуха, которым питается вихревая труба по формуле

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Прогнозирование ресурса трубопровода на основе методов...

4) проводится определение ВБР аппарата для каждого расчетного времени эксплуатации

Вероятности безотказной работы элементов структурной схемы надежности и аппарата в целом определяется последовательным

Влияние погрешности измерений на результат

Алгоритм интервального оценивания параметров нелинейных...

...диагонального элемента обратной матрицы и дисперсии погрешностей регрессии.

Чем более нелинейна модель и больше доверительная вероятность (меньше уровень

Отпадает необходимость в аналитических выкладках и программировании процедуры для производных.

Анализ тепловых процессов в электрических сетях

где: TMс (k) – измеренная температура проводника в течение временной выборки; Tmax с – максимально допустимая температура, которая

Предлагаемая модель решения позволила вычислить нагрузочную способность линии с учетом влияния погрешностей измерений...

Статистическая обработка результатов гидравлического...

В пределах указанных задач, как правило, измеряют расход воды, проходящий через модель, исследуют распределение скоростей по высоте поперечного сечения и длине трубопровода

При этом величина 1-&# ; не должна быть больше суммарной ошибки косвенных измерений.

Математические методы в эконометрике как средства анализа...

Решение первой проблемы осуществляется путем решения ряда задач, а именно: идентификация переменных, спецификация аналитической формы уравнения регрессии, оценки параметров уравнения регрессии и его качества.

Применение регрессионного анализа для расчета прогнозных...

Результаты анализа модели (4) и ее параметров. Оценка статистической значимости параметров уравнения регрессии и корреляции проведена с помощью t -статистики Стьюдента и путем расчета доверительного интервала каждого из параметров.

Определение коэффициентов местных потерь в тепловых сетях...

Тип компенсаторов. Условный проход трубопровода, мм.

Методом наименьших квадратов были получены линейные уравнения регрессии для магистрали и

Определение наилучших вероятностей мутации генетического алгоритма в сетях с двухфазной маршрутизацией.

О некоторых непараметрических оценках плотности вероятности...

Ниже рассматриваются непрерывные во времени процессы, но входные и выходные переменные доступны измерению в дискретные моменты времени.

Настоящее исследование посвящено непараметрическим оценкам плотности вероятности и функции регрессии...

Использование гибридной системы охлаждения на основе...

На рисунке 1 представлена принципиальная схема системы охлаждения.

Также необходимо оговорить максимально допустимую плотность электрического тока Jmax.

Рассчитаем давление воздуха, которым питается вихревая труба по формуле

Прогнозирование ресурса трубопровода на основе методов...

4) проводится определение ВБР аппарата для каждого расчетного времени эксплуатации

Вероятности безотказной работы элементов структурной схемы надежности и аппарата в целом определяется последовательным

Влияние погрешности измерений на результат

Алгоритм интервального оценивания параметров нелинейных...

...диагонального элемента обратной матрицы и дисперсии погрешностей регрессии.

Чем более нелинейна модель и больше доверительная вероятность (меньше уровень

Отпадает необходимость в аналитических выкладках и программировании процедуры для производных.

Анализ тепловых процессов в электрических сетях

где: TMс (k) – измеренная температура проводника в течение временной выборки; Tmax с – максимально допустимая температура, которая

Предлагаемая модель решения позволила вычислить нагрузочную способность линии с учетом влияния погрешностей измерений...

Статистическая обработка результатов гидравлического...

В пределах указанных задач, как правило, измеряют расход воды, проходящий через модель, исследуют распределение скоростей по высоте поперечного сечения и длине трубопровода

При этом величина 1-&# ; не должна быть больше суммарной ошибки косвенных измерений.

Математические методы в эконометрике как средства анализа...

Решение первой проблемы осуществляется путем решения ряда задач, а именно: идентификация переменных, спецификация аналитической формы уравнения регрессии, оценки параметров уравнения регрессии и его качества.

Применение регрессионного анализа для расчета прогнозных...

Результаты анализа модели (4) и ее параметров. Оценка статистической значимости параметров уравнения регрессии и корреляции проведена с помощью t -статистики Стьюдента и путем расчета доверительного интервала каждого из параметров.

Определение коэффициентов местных потерь в тепловых сетях...

Тип компенсаторов. Условный проход трубопровода, мм.

Методом наименьших квадратов были получены линейные уравнения регрессии для магистрали и

Определение наилучших вероятностей мутации генетического алгоритма в сетях с двухфазной маршрутизацией.

О некоторых непараметрических оценках плотности вероятности...

Ниже рассматриваются непрерывные во времени процессы, но входные и выходные переменные доступны измерению в дискретные моменты времени.

Настоящее исследование посвящено непараметрическим оценкам плотности вероятности и функции регрессии...

Использование гибридной системы охлаждения на основе...

На рисунке 1 представлена принципиальная схема системы охлаждения.

Также необходимо оговорить максимально допустимую плотность электрического тока Jmax.

Рассчитаем давление воздуха, которым питается вихревая труба по формуле

Задать вопрос