ANALYTICAL SOLUTION OF THE DIFFERENTIAL EQUATION OF HEAT CONDUCTIVITY FOR DAMAGED THERMAL INSULATION OF PIPELINES
DOI:
https://doi.org/10.20535/1813-5420.1.2024.297588Keywords:
energy management systems, heat supply, pipeline, thermal insulation, damage, heat transport, heat loss, mathematical modeling, analytical solutionAbstract
For heat supply systems of Ukraine, the determination and forecasting of thermal energy losses during the transportation of heat carrier is an urgent problem. The thermal lines of the heating networks are long and its insulation is damaged. Installation of heat energy metering devices at all sources and all consumers (i.e. buildings) without exception allows determining and forecasting real heat losses in the heat network, but this is a difficult task, not all consumers and sources are actually covered by heat consumption accounting. The task of determining heat losses is also relevant for energy management systems of heat supply systems, energy companies and industry. The solution to the problem is proposed by a separate mathematical modeling of the temperature state of the section of the damaged insulating layer with the determination of the heat flow through it. It is proposed to solve the problem by the method of analytical solution of the differential equation of heat conduction with boundary conditions of the third kind. With the uniform distribution of characteristic damages along the total length of the pipeline, knowing the limits of damage influence, the share of insulation damage and the number of damages on the pipeline, it is possible to determine the real heat flow from the outer surface of the pipelines, including coefficient of increase of heat losses on the section of the heat pipe in relation to those determined by regulatory documents. Traditionally, one-dimensional models or determinations of the two-dimensional temperature field and actual heat fluxes in a cross-section to the axis of a characteristic damaged section of insulation are considered. But this does not take into account the two-dimensionality of the temperature field of the damaged layer of insulation along the length (that is, along the axis) of the pipeline. Therefore, the purpose of this work is to develop a methodology for determining heat losses through pipelines, taking into account the damage to their insulation and the distribution of characteristic damages along the length. The following simulation was carried out for one of the areas. Also, experimental and numerical studies using the finite difference method in combination with the method of running variable directions for similar models confirmed the coincidence of the analytical solution of the proposed model and the finite difference model within the permissible error.
References
Методические указания по определению тепловых потерь в водяных и паровых тепловых сетях: РД 34.09.255 (МУ 34-70-080-84) – М. : – Союзтехэнерго. – 1985. – 72 с.
. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов: : СНиП 2.04.14-88. – Официальное издание. – М. : Госстрой СССР, 1989.
Корн Г. Справочник по математике / Г. Корн, Т. Корн ; под общ. ред. И. Г. Арамановича. – М. : Наука, 1978. – 832 с.
Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. — изд. 13-е. — М. : Наука, 1986. — 544 с.
И.С. Градштейн, И.М.Рыжик. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. — изд. 4-е перераб. — М. : Физматгиз, 1963. — 1100 с.
Самарский А. А. Теория разностных схем / Самарский А. А. – М.: Наука, 1989. – 616 с.
Підкопай В. М. Математичне моделювання та ідентифікація фактичних теплових втрат через пошкоджену ізоляцію трубопроводів теплотрас / В. М. Підкопай, А. М. Ганжа, Н. А. Марченко // Вісник Нац. техн. ун-ту "ХПІ": зб. наук. пр. Темат. віп. : Енергетичні та теплотехнічні процеси та устаткування. – Харків: НТУ "ХПІ", 2014. – № 12 (1055). - С. 83-89.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).