Mathematical modeling for air-water system autonomous heat supply

Authors

  • O. O. Levkovych Department of Higher Mathematics, State Higher Education Establishment “Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture”, 24-A, Chernishevskogo str., Dnipro 49600, Ukraine
  • H. Ya. Chornomorets Department of System Analysis and Modeling in Heat and Gas Supply, State Higher Education Establishment “Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture”, 24-A, Chernishevskogo str., Dnipro 49600, Ukraine
  • V. F. Irodov Department of System Analysis and Modeling in Heat and Gas Supply, State Higher Education Establishment “Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture”, 24-A, Chernishevskogo str., Dnipro 49600, Ukraine

Keywords:

mathematical modelling, combined air-water system of autonomous heat supply, tube gas heaters, hydraulic circuit, building structures

Abstract

Purpose. Actual is the combination of several autonomous heat supply systems. This article is devoted to the development of a mathematical model for such a combined air-water system of autonomous heat supply. Methodology. A well-known system for heating water in a volume with a free surface, such heating can be carried out in tubular air-water heaters. Further development of autonomous heat supply systems with tubular gas heaters (TGN) is a system of TGN located in building structures. The system of autonomous heat supply with tubular gas heaters located in construction constructions for air heating is developed. To increase the efficiency of heat supply, a mixed air-water system of autonomous heat supply with tubular gas heaters in building structures has been developed. Findings. A mathematical model of the hydraulic and thermal regimes of the air-water system of autonomous heat supply, which is presented in the form of ordinary differential equations, is developed. It is based on the equations of conservation of mass, motion and energy for the mobile coolant-the gas-air mixture inside the pipe, the heat transfer equation in the middle of the construction structure, as well as the heat transfer equations from the external surface of the heater to the heated medium and the algebraic equations of Kirchhoff's laws. Due to the use of the water coolant and the circulation of the air coolant in the network, it is possible in the heat supply system to have a coolant relative to a low temperature with high efficiency of using thermal energy. Originality. The mathematical model of the air-water system of autonomous heat supply is developed, which includes the differential equations for tubular gas heaters in the construction design and for tubular gas heaters in the water space. Practical value. The air-water system of autonomous heat supply contributes to the expansion of the scope of tubular heaters and, with low capital expenditures, can provide heating of premises. For qualitative design of such systems it is necessary to develop a mathematical model of its hydraulic and thermal modes.

Author Biographies

O. O. Levkovych, Department of Higher Mathematics, State Higher Education Establishment “Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture”, 24-A, Chernishevskogo str., Dnipro 49600

Cand. Sc. (Ph.-mat.), Associate Prof.

H. Ya. Chornomorets, Department of System Analysis and Modeling in Heat and Gas Supply, State Higher Education Establishment “Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture”, 24-A, Chernishevskogo str., Dnipro 49600

Cand. Sc. (Tech.), Associate Prof.

V. F. Irodov, Department of System Analysis and Modeling in Heat and Gas Supply, State Higher Education Establishment “Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture”, 24-A, Chernishevskogo str., Dnipro 49600

Dr. Sc. (Tech.), Prof.

References

Dudkin K.V. Pidvyshchennia efektyvnosti ta bezpeky system teplopostachannia teplyts z trubchastymy hazovymy nahrivachamy Cand, Diss. [Improvement of efficiency and safety of heat supply systems for greenhouses with tube gas heaters. Cand. Diss.]. Kharkiv, 2014. 161 p. (in Ukrainian).

Dudkin K.V., Tkacheva V.V. and Bobyr Ju.V. Matematicheskoe modelirovaniye trubchatykh gazovykh nagrevatelyj dlia bezopasnogo nagreva vody v obeme so svobodnoy poverkhnostiu [Mathematical modeling of tubе gas heaters for safe water heating in the free-surface volume]. Stroitelstvo, materialovedeniye, mashinostroeniye : Sb. nauch. trudov [Construction, materials science, mechanical engineering : Coll. scientific. works], Dnepr, 2011, issue 62, pp. 166–170. (in Russian).

Irodov V.F. and Solod L.V. Matematicheskoe modelirovaniye i raschet infrakrasnogo trubchatogo gazovogo obogrevatelia [Mathematical modeling and calculation of tubе infrared gas heater]. Stroitelstvo, materialovedeniye, mashinostroeniye : Sb. nauch. trudov [Construction, materials science, mechanical engineering : Coll. scientific. works], Dnepr, 2010, issue 52, рр. 130–132. (in Russian).

Dudkin K.V., Hatskevich Ju.V., Solod L.V. and Chernomorets G.Ja. Mnogokonturnyye trubchatyye gazovyye nagrevateli kak sredstva povysheniya bezopasnosti vozdushno-luchistogo otopleniya [Multiloop tube gas heaters as a means of improving the safety radiant heating]. Stroitelstvo, materialovedeniye, mashinostroeniye : Sb. nauch. trudov [Construction, materials science, mechanical engineering : Coll. scientific. works], Dnepr, 2011, issue 62, pp. 161–165. (in Russian).

Chornomorets H.Ya. and Irodov V.F. Matematychne modeliuvannia trubchastykh hazovykh nahrivachiv, roztashovanykh u budivelnykh konstruktsiiakh [Mathematical modeling tube gas heaters located in building structures]. Naukovyy visnyk budivnytstva : Zb. nauk. prats [Scientific Bulletin construction: Coll. Science works], Kharkiv, 2012, issue 68, pp. 395–399. (in Ukrainian).

Chornomorets H.Ya. Modeli i metody analizu ta syntezu trubchastykh hazovykh nahrivachiv u budivel'nykh konstruktsiyakh Cand, Diss. [Models and methods of analysis and synthesis gas tube heaters in building structures. Cand. Diss.]. Dnipro, 2017, 159 p. (in Ukrainian).

Taler D., Trojan M. and Taler J. Mathematical modelling of tube heat exchangers with complex flow arrangement. Chemical and Process Engineering. Cracow, Poland, 2011, pp. 7–19. (in English).

Downloads

Published

2017-10-24

Issue

No. 101 (2017)

Section

Computer systems and information technologies in education, science and management

License

Редакція  Видання категорично засуджує прояви плагіату в статтях та вживає всіх можливих заходів для його недопущення. Плагіат розглядається як форма порушення авторських прав і наукової етики.

При виявлені у статті більш ніж 25% запозиченого тексту без відповідних посилань та використання лапок, стаття кваліфікується як така, що містить плагіат. У цьому випадку стаття більше не розглядається редакцією, а  автор отримує перше попередження.

Автори, в статтях яких повторно виявлено плагіат, не зможуть публікуватися в усіх журналах Видавництва ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури».

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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).