Математичне та інформаційне забезпечення Для розрахунків та проектування трубчастих газових нагрівачів, розташованих у будівельних конструкціях

H. Y. Chornomorets, V. F. Irodov

Анотація


Постановка проблеми. Для проектування і конструювання трубчастих газових нагрівачів у будівельних конструкціях необхідно розв’язати задачі аналізу та синтезу такої системи опалення. Математична модель даної системи складається з: математичної моделі самого трубчастого газового нагрівача як гідравлічного ланцюга, математичної моделі розповсюдження тепла в будівельній конструкції і відповідних граничних умов, які їх пов'язують. Для розв’язання задач аналізу та синтезу необхідне відповідне математичне та інформаційне забезпечення.

Мета статті - виклад розробленого математичного та інформаційного забезпечення, які дозволяють розв’язувати задачі аналізу та синтезу систем опалення з трубчастими газовими нагрівачами, розташованими у будівельних конструкціях.

Висновок. Математичне забезпечення включає в себе розробку алгоритмів і програм для числового розв’язання задач аналізу та синтезу розглянутої системи опалення. Інформаційне забезпечення включає весь необхідний набір параметрів, що характеризують теплофізичні властивості матеріалів, які застосовуються в системі опалення, і параметрів, що характеризують теплообмін між теплоносієм і елементами системи опалення. Розроблено алгоритми розв'язання задач аналізу та синтезу системи опалення з трубчастими газовими нагрівачами, розташованими в будівельних конструкціях, засновані на еволюційному пошуку найбільш переважних рішень, і відповідне програмне забезпечення. Виконано експериментальне дослідження й отримано результати, що дозволяють розраховувати теплопередачу від газоповітряної суміші до граничної поверхні будівельної конструкції, що дозволить отримати повне інформаційне забезпечення для розв’язання задач аналізу та синтезу системи опалення. Розроблене математичне та програмне забезпечення дозволяє розв’язувати задачі аналізу та синтезу систем опалення з трубчастими газовими нагрівачами, розташованими в будівельних конструкціях. Трубчасті газові нагрівачі розташовані у будівельних конструкціях дозволяють з невеликими капітальними витратами забезпечити опалення приміщень. Для якісного проектування таких систем необхідно розв’язувати задачі аналізу (розрахунку) та синтезу (проектування та керування режимами).


Ключові слова


трубчасті нагрівачі; будівельні конструкції; математична модель; алгоритм еволюційного пошуку

Повний текст:

PDF

Посилання


Boguslavskij L.D., Simonova A.A. and Mitin M.F. Ekonomika teplogazosnabzheniya i ventilyatsii [The economy of heat and ventilation]. Moskva: Strojizdat, 1988. 351 р. (in Russian).

Bolotskikh N.N. Energoeffektivnaya sistema infrakrasnogo obogreva proizvodstvennykh pomeshchenij s bol'shimi vnutrennimi ploshchadyami [Energy-efficient infrared heating of production facilities with large inner area]. Naukovyi visnyk budivnytstva [Scientific Bulletin of Construction]. Harkiv. nats. un-t bud-va ta arkhitektury. Harkiv, 2012, iss. 69, рр. 361–371. (in Russian).

Dudkin K.V., Hatskevich Yu.V., Solod L.V. and Chernomorets G.Ya. Mnogokonturnye trubchatye gazovye nagrevateli kak sredstva povysheniya bezopasnosti vozdushno-luchistogo otopleniya [Multiloop tube gas heaters as a means of improving the safety radiant heating]. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construction, materials science, mechanical engineering]. Pridneprov. gos. akad. str-va i arkhitektury, Dnepropetrovsk. 2011, iss. 62, pp. 161–165. (in Russian).

Dudkin K.V., Irodov V.F. and Chornomorets H.Ya. Prystrii dlia hazovoho opalennia: pat. 63793 Ukraina (UA): MPK F24D 10/00 [Device for gas heating: pat. 63793 Ukraine (UA): PIC F24D 10/00]. 2011.

Ershova N.M., Derevyanko V.N., Timchenko R.A. and Shapovalova O.V. Obrabotka dannyh sredstvami Excel pri planirovanii eksperimenta [Data processing means Excel while the planning of experiment]. Dnepropetrovsk: PGASA, 2012. 350 р. (in Ukrainian).

Irodov V.F. and Solod L.V. Matematicheskoe modelirovanie i raschet infrakrasnogo trubchatogo gazovogo obogrevatelya [Mathematical modeling and calculation of tubе infrared gas heater]. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construction, materials science, mechanical engineering]. Pridneprov. gos. akad. str-va i arkhitektury, Dnepropetrovsk. 2010, iss. 52(1), рр. 130–132. (in Russian).

Irodov V.F. O postroenii i skhodimosti algoritmov samoorganizatsii sluchajnogo poiska [The construction and convergence of random search algorithms for self-organization]. Avtomatyka [Automation]. 1987, no. 4, pp. 34–43. (in Russian).

Irodov V.F, Stratan F.I. and Rozkin M.Ya. Evolyutsionnye algoritmy poiska optimal'nykh reshenij [Evolutionary algorithms of search for optimal solutions]. Metody optimizatsii pri proektirovanii sistem teplogazosnabzheniya [Methods of optimizing for design of heating systems]. Kishinev, 1984, pp. 16–30. (in Russian).

Pinchuk S.Y. Orhanizatsiia eksperymentu pry modeliuvanni ta optymizatsii tekhnichnykh system [An experiment in modeling and optimization of technical systems]. Dnipropetrovsk: Dnipro-VAL, 2009, 289 p. (in Ukrainian).

Stroi A.F. and Prypoten Yu.K. Tekhniko-ekonomichne obgruntuvannia vykorystannia promenevykh system opalennia u vyrobnychykh prymishchenniakh [Feasibility study of using radiation heating systems in production facilities]. Galuzeve mashynobuduvannia, budivnytstvo [Mechanical engineering, construction]. Poltav. nats. tekhn. un-t im. Juriia Kondratiuka. Poltava, 1999, iss. 4, pp. 113–121. (in Russian).

Chernomorets G. Ya. and Irodov V.F. Vybor parametrov proektirovaniia trubchatykh gazovykh nagrevatelej, raspolozhennykh v konstruktsii pola [Parameters selection of design the tube gas heater located in the floor structure]. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construction, materials science, mechanical engineering]. Pridneprov. gos. akad. str-va i arkhitektury. Dnepropetrovsk, 2013, iss. 68, pp. 441–446. (in Russian).

Chernomorets G.Ya. and Irodov V.F. O rashchete teploobmena mezhdu gazovozdushnoj smes'yu v kanale stroitel'noj konstruktsii trubchatogo nagrevatelya i otaplivaemym prostranstvom [About calculation of heat transfer between gas-air mixture in channel of the tube heater building structure and the heated space]. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construction, materials science, mechanical engineering]. Pridneprov. gos. akad. str-va i arkhitektury. Dnepropetrovsk, 2013, iss. 70, pp. 238–243. (in Russian).

Chornomorets H. Ya. Dotsilnist vykorystannia trubchastykh hazovykh nahrivachiv dlia opalennia silskohospodarskykh budivel [The feasibility of using tube gas heaters for heating agricultural buildings]. Tendentsii, ziory danykh, innowati, praktika v nauke ch. 1. [Trends, data sets, innovation and practice in science part 1]. Lublin, Varshava, 2014, pp. 7–10. (in Ukrainian).

Chornomorets H.Ya. and Irodov V. F. Matematychne modeliuvannia trubchastykh hazovykh nahrivachiv, roztashovanykh u budivelnykh konstruktsiiakh [Mathematical modeling of tube gas heaters located in building structures]. Naukovyj visnyk budivnytstva [Scientific Bulletin of Construction]. Harkiv. nac. un-t bud-va ta arkhitektury. Harkiv, 2012, iss. 68, pp. 395–399. (in Ukrainian).

Chornomorets H.Ya. and Irodov V.F. Metodyka eksperymentalnykh doslidzhen systemy opalennia z trubchastymy hazovymy nahrivachamy, roztashovanymy u budivelnykh konstruktsiiakh [Methods of experimental studies of tubе heating with gas heater, located in building structures]. Stroitelstvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construc- tion, materials science, mechanical engineering]. Pridneprov. gos. akad. str-va i arkhitektury. Dnepropetrovsk, 2014, iss. 75, рр. 256 – 260. (in Ukrainian).

Chornomorets H.Ya. Tekhniko-ekonomichne obgruntuvannia vykorystannia trubchastykh nahrivachiv roztashovanykh u budivelnykh konstruktsiiakh [Feasibility study for the use of tubular heaters located in building structures]. Stroitelstvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construction, materials science, mechanical engineer- ing]. Pridneprov. gos. akad. str-va i arkhitektury. Dnepropetrovsk, 2014, iss. 76, рр. 293–297. (in Ukrainian).

Behm J.E., Edmonds D., Harmon J. and Ives A. Multilevel statistical models and the analysis of experimental data. Ecology. Ecological society of America, 2013, vol. 94, iss. 7, pp. 1479-1486.

Peters C.A. Statistics for Analysis of Experimental Data. Environmental Engineering Processes Laboratory Manual. Princeton, 2001, pp. 1-25. Available at: http://www.princeton.edu/~cap/AEESP_Statchap_Peters.pdf.

Taler D., Trojan M. and Taler J. Mathematical modelling oftube heat exchangers with complex flow arrangement. Chemical and Process Engineering. Institute of Chemistry and Organic Technology, Cracow University of Technology. Cracow, 2011, vol. 32, іss. 1, pp. 7-19.

Vasishth S. An introduction to statistical data analysis. New York, 2014, 129 p. Available at: http://www.ling.unipotsdam.de/~vasishth/StatisticsNotesVasishth.pdf.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Богуславский Л. Д. Экономика теплогазоснабжения и вентиляции / Л. Д. Богуславский, А. А. Симонова, М. Ф. Митин. – Москва : Стройиздат, 1988. – 351 с.

 

Болотских Н. Н. Энергоэффективная система инфракрасного обогрева производственных помещений с большими внутренними площадями / Н. Н. Болотских // Науковий вісник будівництва : зб. наук. пр. / Харків. нац. ун-т буд-ва та архітектури. – Харків, 2012. – Вип. 69. – С. 361–371.

 

Многоконтурные трубчатые газовые нагреватели как средства повышения безопасности воздушно- лучистого отопления / К. В. Дудкин, Ю. В. Хацкевич, Л. В. Солод, Г. Я. Черноморец // Строительство, мате- риаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. / Приднепр. гос. акад. стр-ва и архитектуры. – Днепропет- ровск, 2011. – Вип. 62. – С. 161–165. – (Безопасность жизнедеятельности 2011).

 

Пристрій для газового опалення : пат. 63793 Україна (UА) : МПК F24D 10/00 / Дудкін К. В., Іродов В. Ф., Чорноморець Г. Я. (Україна) ; заявник та патентовласник Придніпровська державна академія будівництва та архітектури (Україна). – № 02070772 ; заявл. 25.02.2011 ; опубл. 25.10.2011, Бюл. № 20. – 4 с.

 

Обработка данных средствами Excel при планировании эксперимента / Н. М. Ершова, В. Н. Деревянко, Р. А. Тимченко, О. В. Шаповалова. – Днепропетровск : ПГАСА, 2012. – 350 с.

 

Иродов В. Ф. Математическое моделирование и расчет инфракрасного трубчатого газового обогревателя / В. Ф. Иродов, Л. В. Солод // Строительство, материаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. / Приднепр. гос. акад. стр-ва и архитектуры. – Днепропетровск, 2010. – Вип. 52, ч. 1. – С. 130–132.

 

Иродов В. Ф. О построении и сходимости алгоритмов самоорганизации случайного поиска / В. Ф. Иродов // Автоматика. – 1987. – № 4. – С. 34–43.

 

Иродов В. Ф. Эволюционные алгоритмы поиска оптимальных решений / В. Ф. Иродов,  Ф. И. Стратан // Методы оптимизации при проектировании систем теплогазоснабжения / Ф. И. Стратан, В. Ф. Иродов ; отв. ред. М. Я. Розкин. – Кишинев, 1984. – С. 16–-30.

 

Пінчук С. Й. Організація експерименту при моделюванні та оптимізації технічних систем / С. Й. Пінчук. – 2- ге вид., перероб. і доп. – Дніпропетровськ : Дніпро-VAL, 2009. – 289 с.

 

Строй А. Ф. Техніко-економічне обґрунтування та визначення галузі застосування променевого газового опалення / А. Ф. Строй, Ю. К. Припотень // Збірник наукових праць. Серія : Галузеве машинобудування, бу- дівництво / Полтав. нац. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. – Полтава, 1999. – Вип. 4. – С. 113–121.

 

Черноморец Г. Я. Выбор параметров проектирования трубчатых газовых нагревателей, расположенных в конструкции пола / Г. Я. Черноморец, В. Ф. Иродов // Строительство, материаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. / Приднепр. гос. акад. стр-ва и архитектуры. – Днепропетровск, 2013. – Вип. 68. – С. 441–446. – (Создание высокотехнологических экокомплексов в Украине на основе концепции сбалансированного (устойчивого) развития).

 

Черноморец Г. Я. О расчете теплообмена между газовоздушной смесью в канале строительной конструкции трубчатого нагревателя и отапливаемым пространством / Г. Я. Черноморец, В. Ф. Иродов // Строительство, материаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. / Приднепр. гос. акад. стр-ва и архитектуры. – Днепропет- ровск, 2013. – Вип. 70. – С. 238–243. – (Энергетика, экология, компьютерные технологии в строительстве).

 

Чорноморець Г. Я. Доцільність використання трубчастих газових нагрівачів для опалення сільськогосподар- ських будівель / Г. Я. Чорноморець // Тенденции, наработки, инновации, практика в науке : сб. науч. докла- дов Междунар. науч.-практ. конференции, 29.04.2014-30.04.2014, Люблин / Вестник. Наука и практика. – Варшава, 2014. – Ч. 1. – С. 7–10.

 

Чорноморець Г. Я. Математичне моделювання трубчастих газових нагрівачів, розташованих у будівельних конструкціях / Г. Я. Чорноморець, В. Ф. Іродов // Науковий вісник будівництва : зб. наук. пр. / Харків. нац. ун-т буд-ва та архітектури. – Харків, 2012. – Вип. 68. – С. 395–399.

 

Чорноморець Г. Я. Методика експериментальних досліджень системи опалення з трубчастими газовими нагрівачами, розташованими у будівельних конструкціях / Г. Я. Чорноморець, В. Ф. Іродов // Строительство, материаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. / Приднепр. гос. акад. стр-ва и архитектуры. – Днепропет- ровск, 2014. – Вип. 75. – С. 256–60. – (Создание высокотехнологических экокомплексов в Украине на основе концепции сбалансированного (устойчивого) развития).

 

Чорноморець Г. Я. Техніко-економічне обґрунтування використання трубчастих нагрівачів розташованих у будівельних конструкціях / Г. Я. Чорноморець // Строительство, материаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. / Приднепр. гос. акад. стр-ва и архитектуры. – Днепропетровск, 2014. – Вип. 76. – С. 293–297. – (Энергетика, экология, компьютерные технологии в строительстве).

 

Multilevel statistical models and the analysis of experimental data / J. E. Behm, D. Edmonds, J. Harmon, A. Ives // Ecology / Ecological society of America. – 2013. – Vol. 94, iss. 7. – P. 1479–1486.

 

Peters C. A. Statistics for analysis of experimental data / C. A. Peters // Environmental engineering processes laboratory manual. – Princeton, 2001. – P. 1–25. – Режим доступа: – http://www.princeton.edu/~cap/AEESP_Statchap_Peters.pdf.

 

Taler D. Mathematical modeling of tube heat exchangers with complex flow arrangement / D. Taler, M. Trojan, J. Taler // Chemical and process engineering / Institute of Chemistry and Organic Technology, Cracow University of Technology. – Cracow, 2011. – Vol. 32, іss. 1. – P. 7–19.

 

Vasishth S. An introduction to statistical data analysis : lecture notes / S. Vasishth. – New York, 2014. – 129 p. – Режим доступа: http://www.ling.uni-potsdam.de/~vasishth/StatisticsNotesVasishth.pdf.