直埋热水管道固定墩散热分析及断桥技术.pdf

《直埋热水管道固定墩散热分析及断桥技术.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、罂!!兰!星≤砸Tp**■■■_■■■■■■■■■■·■■■■■·■■■■■■·■·■■_■■■·_■■■■■■·■■■■■■■■■·_■■■■■■■■●●■■■■■■■■______l■■■■●······■■■■■_····■■■■■■■■■■■·■·■_■■■■■_-_■·__o、■■l巴直埋热水管道固定墩散热分析及断桥技术邢德安1刘学来2(1．山东省建筑材料设计研究院；2．山东建筑大学热能学院，山东济南250000)【摘要]本文分析了直埋供热管道的优势，提出了直埋热水管道固定墩热桥散热损失严重的现状，建立了

2、直埋热水管道固定墩传热物理、数学模型，通过CFD技术对直埋热水管道固定墩的断桥前后温度场进行了仿真，得出通过加气混凝土断桥节能效果显著。[关键词]热水供热；固定墩文章编号：2095-4085(2015)05—0070—03随着我国经济的发展，人民的生活水平有了较大提高，我国寒冷地区城市热化率明显改善。由于我国能源仍然以化石能源为主，能源的紧张和环境的恶化已经严重制约着经济的发展，节能减排已成为我国的基本国策。我国建筑总能耗约占国民经济能耗的27．6％，建筑能耗主要体现在冬季采暖和夏季空调用能，寒冷地区冬季采暖能耗约

3、占建筑总能耗的40％[13。直埋敷设具有多方位的社会经济效益：一是工程造价低，可降低工程造价约25％。二是热损耗低，节约能源，较地沟敷设减少热损失40％，降低耗煤20％。三是防腐、绝缘性能好，使用寿命长。四是占地少，施工快，有利环境保护。供热直埋管道，管道的保温措施经过30多年的发展已经相当完善，通过减少直埋保温管道的散热损失来达到节能减排的目的效果已很不明显。在热水供热管网系统中为数众多的固定墩、固定支架的散热损失一直被人们所忽略，直埋供热管道固定墩存在热桥效应，散热损失大，钢筋混凝土的温度高、热应力大。钢筋混凝

4、土长期处于高温及大热应力下，其结构的稳定性受到很大影响，随着管道使用时间的增加，管道的稳定性、安全性必将收到影响。所以从集中供热的安全性、管道系统的稳定性方面考虑，对固定墩、固定支架处的热桥效应及断桥措施进行研究非常必要。埋供热高温水与管道壁面存在着强烈的对流换热，在对流换热作用下热量从高温水传至管道内表面。由于热水集中供热管道的管材为钢，导热系数较大，相应的热阻值很小，热流比较轻易地穿过管壁到达管道外壁面。固定墩处由于固定挡板与管壁焊接在一起，挡板的材料也为钢，大部分热量通过固定管板后进入钢筋混凝土。还有一部分热

5、量通过裸露的管道外壁面直接传人钢筋混凝土。固定墩处传热过程的示意图如下图1所示。昆凝土圈定钢板材料图1热水供热管网固定墩传热过程示意图凝土的导热系数相对于保温材料的导热系数来说相差两个数量级，相应的热阻值非常小，热流的趋利避害的特性驱使热量大量的从钢筋混凝土的固定墩处散失形成热桥，导致整个热水供热管网系统散热损失增大。1热桥效应2传热模型对于热水直埋供热管道来说，当供热管道的规格较大时，管道的热应力也比较大。单纯依靠土壤提供的摩擦力不足以满足热水供热管道的稳定性。特别是对于高温水集中供热管网，如果不设置固定墩热应力

6、很容易破坏三通及弯头造成管道事故。直·70·2．1物理模型计算模型以双管直埋敷设的热水管道为原型，在固定墩周围建立30mX30m×12m的计算控制区域。所得固定墩的物理模型的示意图如图2所示。图2固定墩计算模型示意图2．2数学模型(1)传热问题的控制方程，建立整个计算区域的传热与流动问题的统一控制方程心J：唑掣+div(p砸)：div(Fgradq))+

7、s(1)(／t式中：多为广义变量，可以代表l‘、移、训、T等变量；Jr为表示相应于咖的广义扩散系数；S为表示与中对应的广义源项。对于动量方程，我们把压力梯度放到源

8、项中。U为表示微元体速度矢量；p为表示密度；￡为表示时间。方程中，左端第一项为扩散项，第二项为对流项；方程右端第一项为扩散项，第二项为源项。由于只分析温度达到稳定以后的状况，所以简化为稳态问题，略去非稳态项，上述控制方程可化为旧1：曼(色坦)+曼(趔型+Lowq)：axa了az击(，警)+嘉(厂等)+壶(厂警)+Sc2，(2)耦合传热模型的处理，埋地固定墩周围的实际温度场比较复杂，它与土壤的导热系数、埋地深度、地表温度的变化、管道发热量、管道直径等因素有关【3】。本文主要目的是研究固定墩及其周围土壤的温度场分布情况

9、及其散热损失情况。为进一步方便求解，忽略影响较小的次要因素，做以下假设H】：假定土壤和组成固定墩的钢筋混凝土为均质、各向同性的固体，热物性参数均为常数；忽略土壤中因水分迁移而引起的热迁移；假定地表的温度不随时间做周期性变化。2．3求解取值供暖期间，供水管的平均水温t。=130oC，回水管的平均水温t。=70oC。供暖期间土壤地表面平均温度￡血=一10℃；供暖