Экспериментальное определение коэффициента поверхностного теплообмена нестационарным методом

Актуальность исследования связана с необходимостью обеспечения максимальной точности определения коэффициентов теплообмена на поверхностях ограждений и других объектов при обеспечении расчетных параметров внутреннего климата в помещениях зданий в условиях действия Закона РФ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» и СП 50.13330.2024 «СНиП 23-02–2003 Тепловая защита зданий». Предметом исследования является зависимость коэффициента поверхностного теплообмена от безразмерной избыточной температуры для тела с высокой эффективной теплопроводностью и однородным температурным полем при его остывании в неограниченном воздушном объеме в условиях теплоотвода преимущественно за счет естественной конвекции. Цель исследования состоит в получении приближенного аналитического выражения данной зависимости, подтвержденного результатами натурных экспериментов, позволяющего осуществлять более точный расчет коэффициентов внутреннего теплообмена в помещении, особенно при нестационарном режиме. Задача исследования – построение упрощенной математической модели процесса остывания тела в воздушном объеме; выявление основных факторов, влияющих на коэффициент теплообмена на поверхности тела; получение необходимых числовых коэффициентов в формулах, связывающих искомые и исходные параметры. Использовано математическое описание процесса понижения температуры тела с течением времени при постоянном коэффициенте наружного теплообмена и в случае его степенной зависимости от текущей разности температуры между поверхностью тела и воздухом, позволяющее выбрать вид зависимости и подобрать числовые коэффициенты в ней на основе сопоставления с экспериментальными замерами температуры в процессе остывания тела с помощью цифрового термометра для известных моментов времени. Представлены результаты экспериментальных измерений остывания двух объектов – со значительной и незначительной долей лучистой составляющей в общем теплообмене. Показано, что даже при существенном преобладании конвективного теплообмена расчет процессов остывания с достаточной для инженерной практики точностью в большинстве случаев может быть произведен без учета изменения коэффициента теплообмена. Изложение проиллюстрировано числовыми и графическими примерами.

О.Д. САМАРИН, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)

1. Rafalskaya T. Safety of engineering systems of buildings with limited heat supply // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021, p. 012049. EDN: BUBPXG. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1030/1/012049
2. Belous A.N., Kotov G.A., Belous O.E., Garanzha I.M. Calculation of heat resistance of external enclosing structures with heat-conducting inclusions // Magazine of Civil Engineering. 2022. 113 (5). Article No. 11313.
3. Bilous I.Yu., Deshko V.I., Sukhodub I.O. Building energy modeling using hourly infiltration rate // Magazine of Civil Engineering. 2020. No. 4 (96), pp. 27–41. EDN: MFVSMT. https://doi.org/10.18720/MCE.96.3
4. Кустов Б.О., Бальчугов А.В., Бадеников А.В., Герасимчук М.В., Захаров К.Д. Экспериментальные исследования перспективных способов интенсификации теплопередачи в трубчатом теплообменнике // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 3. С. 174–183. EDN: SAPJIA.
https://doi.org/10.18799/24131830/2020/3/2560
5. Кошелев С.В., Сластихин Ю.Н., Ейдеюс А.И. Сравнительные расчеты коэффициента теплоотдачи при кипении хладагентов в трубах // Вестник Международной академии холода. 2020. № 2. С. 65–72. EDN: HSTHHM.
https://doi.org/10.17586/1606-4313-2020-19-2-65-72
6. Зинуров В.Э., Дмитриев А.В., Шарипов И.И., Галимова А.Р. Экспериментальное исследование теплообмена от парогазовой смеси при передаче тепла через ребристую поверхность // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2021. Т. 7. № 2 (26). С. 60–74. EDN: YUHTEG. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2021-7-2-60-74
7. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. СПб.: АВОК СЕВЕРО-ЗАПАД, 2006. 400 с.
8. Самарин О.Д., Клочко А.К. Численные и приближенные методы в задачах строительной теплофизики и климатологии. М.: МИСИ-МГСУ, 2021. 96 с. EDN: VAPFTA
9. Самарин О.Д. Экспериментальное подтверждение теоретических зависимостей для температуры воздуха в помещении при автоматическом регулировании климатических систем // Известия вузов. Строительство. 2021. № 1. С. 37–42. EDN: ECAOEI.
https://doi.org/10.32683/0536-1052-2021-745-1-31-42
10. Самарин О.Д., Петренко А.Д., Коваленко С.В. Экспериментальная проверка теоретического моделирования начального разогрева помещения // Сантехника. Отопление. Кондиционирование. 2024. № 2. С. 52–54. EDN: WPDTCL