Исследование установившегося теплообмена в грунтовых аккумуляторах теплоты при колеблющемся граничном условии

Целью настоящей работы является исследование установившегося теплообмена в грунтовых аккумуляторах теплоты при колеблющемся граничном условии. Задачи научного исследования: 1) проведен анализ физической постановки задачи, определяются уравнения и граничные условия, описывающие процессы теплопередачи в твердых аккумуляторах теплоты. Составлена математическая модель объекта исследования. Проведен поиск способов оптимизации и упрощения постановки задачи. Проводена валидация полученной модели. 2) проведен подбор методов и методик решения поставленной математической модели теплообмена в аккумуляторе теплоты. 3) проведен расчет тепловых характеристик грунтовых аккумуляторов теплоты. Сделаны выводы о характере зависимостей. 4) проведен анализ физической постановки задачи, определяются уравнения и граничные условия, описывающие процессы тепловых потерь от грунтовых аккумуляторов теплоты. Составлена математическая модель объекта исследования. Проведен поиск способов оптимизации и упрощения постановки задачи. Проведена валидация полученной модели. 5) проведен подбор методов решения поставленной задачи тепловых потерь от аккумулятора теплоты. 6) проведен расчет тепловых характеристик грунтовых аккумуляторов теплоты. Сделаны выводы о характере зависимостей. В результате выполнения научно-исследовательской работы достигнуты следующие результаты. Представлена математическая модель теплообмена в грунте, основанная на допущении о том, что нестационарный теплообмен в грунте можно описать с помощью параболического уравнения теплопроводности без учета конвективных членов. Проведена постановка задачи о теплообмене в верхних слоях грунта, проведено сопоставление результатов эксперимента с аналитическим решением. Разработаны эксперментальная установка и методика обработки данных для получения распределения температуры по глубине грунта и во времени. Разработан метод разложения в гармонический ряд результатов измерения температуры грунта при естественном сезонном изменении условий окружающей среды. Подтверждено, что теплообмен в грунте может быть описан линейным параболическим уравнением теплопроводности, а распределение температуры в грунте может быть получено с применением принципа суперпозиции, что сильно упрощает дальнейшие исследования процессов теплообмена в грунтовых аккумуляторах теплоты. Разработан метод расчета температуры грунта при известном коэффициенте эффективной температуропроводности и заданном законе изменения температуры поверхности грунта на основе принципа суперпозиции. Косвенным методом в пассивном эксперименте определен коэффициент эффективной температуропроводности грунта на основе минимизации среднеквадратического отклонения аналитического решения и результатов измерений. Проведены расчеты коэффициента аккумуляции твердого изолированного цилиндрического аккумулятора теплоты. Проведен анализ зависимостей коэффициента аккумуляции от числа Фурье и относительного внутреннего радиуса. Представлено численное решение задачи о потерях тепла в грунтовом аккумуляторе тепла. Получены зависимости тепловых потерь и радиуса прогрева грунта, подвергающегося избыточному нагреву от теплоаккумулятора. Предложены аппроксимирующие зависимости для расчета радиуса нагрева грунта и тепловых потерь. Результаты исследования могут быть использованы в практических расчетах грунтовых аккумуляторов теплоты и теплообменных систем.