Разработка математической модели процессов тепломассообмена открытого плавательного бассейна
Loading...
Files
Date
2014
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В.Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
RU: Цель. В настоящее время эксплуатация отрытых плавательных бассейнов часто оказывается нерентабельной и, несмотря на их востребованность, такие бассейны массово закрываются. Проблема состоит в том, что на данный момент не существует цельной математической модели определения, которая бы позволила качественно оценивать эффект от проведения энергосберегающих мероприятий. Целью данной работы является разработка
математической модели процессов тепло- и массообмена открытого плавательного бассейна для расчета основных тепловых и массовых потерь, имеющих место при его эксплуатации. Методика. Используется методика определения тепловых и массовых потерь на основе критериальных уравнений теории подобия. Результаты. Проанализированы основные виды потерь теплоты и массы открытого бассейна, из них выделены и математически описаны наиболее значимые: за счет испарения воды с поверхности бассейна, за счет естественной и вынужденной конвекции, за счет излучения в окружающую среду, расхода теплоты на нагрев подпиточной воды. Научная новизна. Разработана математическая модель процессов тепло- и массообмена открытого плавательного бассейна, которая позволяет рассчитывать основные тепловые и массовые потери, имеющие место при его эксплуатации. Практическая значимость. Разработана и реализована в виде программного комплекса методика определения массовых и тепловых потерь открытого плавательного бассейна, основанная на предложенной авторами математической модели. Данная методика может быть использована для концептуального проектирования энергоэффективных конструкций открытых бассейнов для оценки энергозатратности их использования и выбора оптимальных энергосберегающих мероприятий. Дальнейшим этапом научных исследований по данному направлению является экспериментальная проверка достоверности разработанной методики расчета тепловых потерь открытого плавательного бассейна при его эксплуатации на примере бассейна Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна. Бассейн открытый, с подогревом воды от университетской котельной, эксплуатируется круглогодично.
UK: Мета. В даний час експлуатація відкритих плавальних басейнів часто виявляється нерентабельною і, не дивлячись на їх затребуваність, такі басейни масово закриваються. Проблема полягає в тому, що на даний момент не існує цілісної математичної моделі, яка б дозволила якісно оцінювати ефект від проведення енергозберігаючих заходів. Метою даної роботи є розробка математичної моделі процесів тепло- і масообміну відкритого плавального басейну для розрахунку основних теплових і масових втрат, що мають місце при його експлуатації. Методика. Використовується методика визначення теплових і масових втрат на основі критеріальних рівнянь теорії подібності. Результати. Проаналізовано основні види втрат теплоти і маси відкритого басейну, з них виділені і математично описані найбільш значущі: за рахунок випаровування води з поверхні басейну, за рахунок природної і вимушеної конвекції, за рахунок випромінювання в навколишнє середовище, витрати теплоти на нагрів підживлювальної води. Наукова новизна. Розроблено математичну модель процесів тепло- і масообміну відкритого плавального басейну, яка дозволить розраховувати основні теплові і масові втрати, що мають місце при його експлуатації. Практична значимість. Розроблена та реалізована у вигляді програмного комплексу методика визначення масових і теплових втрат відкритого плавального басейну, яка заснована на запропонованій авторами математичній моделі. Дана методика може бути використана для концептуального проектування енергоефективних конструкцій відкритих басейнів, для оцінки енерговитратності їх використання та вибору оптимальних енергозберігаючих заходів. Подальшим етапом наукових досліджень по даному напрямку є експериментальна перевірка достовірності розробленої методики розрахунку теплових втрат відкритого плавального басейну при його експлуатації на прикладі баcейну Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна. Басейн відкритий, з підігрівом води від університетської котельні, експлуатується цілий рік.
EN: Purpose. Currently exploitation of outdoor swimming pools is often not cost-effective and, despite of their relevance, such pools are closed in large quantities. At this time there is no the whole mathematical model which would allow assessing qualitatively the effect of energy-saving measures. The aim of this work is to develop a mathematical model of heat and mass exchange processes for calculating basic heat and mass losses that occur during its exploitation. Methodology. The method for determination of heat and mass loses based on the theory of similarity criteria equations is used. Findings. The main types of heat and mass losses of outdoor pool were analyzed. The most significant types were allocated and mathematically described. Namely: by evaporation of water from the surface of the pool, by natural and forced convection, by radiation to the environment, heat consumption for water heating. Originality. The mathematical model of heat and mass exchange process of the outdoor swimming pool was developed, which allows calculating the basic heat and mass loses that occur during its exploitation. Practical value. The method of determining heat and mass loses of outdoor swimming pool as a software system was developed and implemented. It is based on the mathematical model proposed by the authors. This method can be used for the conceptual design of energy-efficient structures of outdoor pools, to assess their use of energy-intensive and selecting the optimum energy-saving measures. A further step in research in this area is the experimental validation of the method of calculation of heat losses in outdoor swimming pools with its use as an example the pool of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan. The outdoor pool, with water heating-up from the boiler room of the university, is operated year-round.
UK: Мета. В даний час експлуатація відкритих плавальних басейнів часто виявляється нерентабельною і, не дивлячись на їх затребуваність, такі басейни масово закриваються. Проблема полягає в тому, що на даний момент не існує цілісної математичної моделі, яка б дозволила якісно оцінювати ефект від проведення енергозберігаючих заходів. Метою даної роботи є розробка математичної моделі процесів тепло- і масообміну відкритого плавального басейну для розрахунку основних теплових і масових втрат, що мають місце при його експлуатації. Методика. Використовується методика визначення теплових і масових втрат на основі критеріальних рівнянь теорії подібності. Результати. Проаналізовано основні види втрат теплоти і маси відкритого басейну, з них виділені і математично описані найбільш значущі: за рахунок випаровування води з поверхні басейну, за рахунок природної і вимушеної конвекції, за рахунок випромінювання в навколишнє середовище, витрати теплоти на нагрів підживлювальної води. Наукова новизна. Розроблено математичну модель процесів тепло- і масообміну відкритого плавального басейну, яка дозволить розраховувати основні теплові і масові втрати, що мають місце при його експлуатації. Практична значимість. Розроблена та реалізована у вигляді програмного комплексу методика визначення масових і теплових втрат відкритого плавального басейну, яка заснована на запропонованій авторами математичній моделі. Дана методика може бути використана для концептуального проектування енергоефективних конструкцій відкритих басейнів, для оцінки енерговитратності їх використання та вибору оптимальних енергозберігаючих заходів. Подальшим етапом наукових досліджень по даному напрямку є експериментальна перевірка достовірності розробленої методики розрахунку теплових втрат відкритого плавального басейну при його експлуатації на прикладі баcейну Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна. Басейн відкритий, з підігрівом води від університетської котельні, експлуатується цілий рік.
EN: Purpose. Currently exploitation of outdoor swimming pools is often not cost-effective and, despite of their relevance, such pools are closed in large quantities. At this time there is no the whole mathematical model which would allow assessing qualitatively the effect of energy-saving measures. The aim of this work is to develop a mathematical model of heat and mass exchange processes for calculating basic heat and mass losses that occur during its exploitation. Methodology. The method for determination of heat and mass loses based on the theory of similarity criteria equations is used. Findings. The main types of heat and mass losses of outdoor pool were analyzed. The most significant types were allocated and mathematically described. Namely: by evaporation of water from the surface of the pool, by natural and forced convection, by radiation to the environment, heat consumption for water heating. Originality. The mathematical model of heat and mass exchange process of the outdoor swimming pool was developed, which allows calculating the basic heat and mass loses that occur during its exploitation. Practical value. The method of determining heat and mass loses of outdoor swimming pool as a software system was developed and implemented. It is based on the mathematical model proposed by the authors. This method can be used for the conceptual design of energy-efficient structures of outdoor pools, to assess their use of energy-intensive and selecting the optimum energy-saving measures. A further step in research in this area is the experimental validation of the method of calculation of heat losses in outdoor swimming pools with its use as an example the pool of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan. The outdoor pool, with water heating-up from the boiler room of the university, is operated year-round.
Description
М. Шаптала: ORCID 0000-0002-1235-1073; Д. Шаптала: ORCID 0000-0002-1045-0801
Keywords
математическая модель, массовые и тепловые потери, открытый плавательный бассейн, интенсивность испарения, фактор активности, естественная и вынужденная конвекция, математична модель, масові та теплові втрати, відкритий плавальний басейн, інтенсивність випаровування, фактор активності, природна і вимушена конвекція, mathematical model, mass and heat losses, outdoor swimming pool, evaporation rate, factor activity, natural and forced convection, КТ
Citation
Шаптала, М. В. Разработка математической модели процессов тепломассообмена открытого плавательного бассейна / М. В. Шаптала, Д. Е. Шаптала // Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – 2014. – № 6 (54). – С. 113–118. – doi: 10.15802/stp2014/33397.