CN111859673A - 一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法 - Google Patents

一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111859673A
CN111859673A CN202010711603.8A CN202010711603A CN111859673A CN 111859673 A CN111859673 A CN 111859673A CN 202010711603 A CN202010711603 A CN 202010711603A CN 111859673 A CN111859673 A CN 111859673A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
water tank
liquid
insulating layer
height
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010711603.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111859673B (zh
Inventor
肖庆玲
郭小玲
张刘红
张永胜
万振荣
高然
张威
何新
孙雨
刘亚楠
闫超
张莹洁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Design Consulting Branch Of China Railway First Group Co ltd
Shaanxi Huaying Engineering Construction Supervision Co ltd
China Railway First Engineering Group Co Ltd
Original Assignee
China Railway First Engineering Group Co Ltd
Survey and Design Branch of China Railway First Engineering Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Railway First Engineering Group Co Ltd, Survey and Design Branch of China Railway First Engineering Group Co Ltd filed Critical China Railway First Engineering Group Co Ltd
Priority to CN202010711603.8A priority Critical patent/CN111859673B/zh
Publication of CN111859673A publication Critical patent/CN111859673A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111859673B publication Critical patent/CN111859673B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

本发明公开了一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法，包括步骤：一、确定非满液圆筒状保温水箱外侧保温层的基准厚度；二、建立圆柱坐标系；三、获取非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的温度场；四、确定分段高度；五、高度方向上非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度分段拟合，确定全高度范围保温层厚度。本发明针对基准厚度建立非满液圆筒状保温水箱外侧保温层的温度场，获取高度方向上保温层基准厚度下外侧温度变化曲线，根据曲线呈现的特征对保温层厚度分段拟合，确定非满液圆筒状保温水箱外侧任意点保温层厚度，能有效减少非满液圆筒状保温水箱外侧传热不均匀性，进而减少热损失，提高保温效果，低成本换取高保温收益。

Description

一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法
技术领域
本发明属于非满液圆筒状保温水箱保温层厚度敷设技术领域，具体涉及一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法。
背景技术
随着社会经济的发展，无论是民用还是工业用热水需求都随之增长，而保温水箱保温性能是评价保温水箱的重要指标。现有的保温水箱外侧包裹的保温材料厚度是均匀不变的。对于非满液保温水箱，由于其内部有气相和液相两部分流体，会导致非满液保温水箱不同部位散热不均匀。为了减少保温水箱的散热量，常见的方法是增加保温水箱外侧保温材料的厚度。这种方式，同时增大了各个部位的热阻，减少了各个部位的散热量，但是这种方式用来减少非满液保温水箱散热量不经济。合理的方式应重点增加散热量大部位处的保温材料厚度，使非满液保温水箱外侧各部位散热量均匀减小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法，针对基准厚度建立非满液圆筒状保温水箱外侧保温层的温度场，获取高度方向上保温层基准厚度下外侧温度变化曲线，根据曲线呈现的特征对非满液圆筒状保温水箱保温层厚度分段拟合，确定非满液圆筒状保温水箱外侧任意点保温层厚度，能有效减少非满液圆筒状保温水箱外侧传热不均匀性，进而减少热损失，提高保温效果，低成本换取高保温收益，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、确定非满液圆筒状保温水箱外侧保温层的基准厚度：向圆筒状保温水箱内注入液体，所述液体未充满圆筒状保温水箱，圆筒状保温水箱内液体上侧为气体；
根据公式
Figure BDA0002596745620000021
计算非满液圆筒状保温水箱外的侧壁保温层的基准厚度δ，其中，D0为圆筒状保温水箱外径，D1为侧壁保温层的基准外径，且
Figure BDA0002596745620000022
PE为能量价格，λ为侧壁保温层对应的保温材料在平均温度下的导热系数，t为年运行时间，T0为圆筒状保温水箱外表面温度，Ta为环境温度，PT为保温结构单位造价，S为绝热工程投资年摊销率，αs为侧壁保温层对应的保温材料外表面向周围环境的放热系数；
令圆筒状保温水箱的上底保温层和下底保温层的基准厚度均等于非满液圆筒状保温水箱外的侧壁保温层的基准厚度δ；
步骤二、建立圆柱坐标系：以下底保温层的底部圆心为坐标原点建立二维极坐标系，以坐标原点的上侧为正方向竖直向上引出z轴，建立圆柱坐标系；
步骤三、获取非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的温度场：利用SPACECLAIM软件建立非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的物理模型，利用ICEM软件对非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的物理模型进行网格划分，生成网格文件导入FLUENT计算软件中，FLUENT计算软件模拟出非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的温度场，获取敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱在高度方向上的温度变化曲线；
步骤四、确定分段高度：将敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱在高度方向上的温度变化曲线进行分段，获取敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱在高度方向上的温度变化曲线分段位置处的分段高度；
所述分段高度包括第一分段高度z1、第二分段高度z2、第三分段高度z3和第四分段高度z4，第一分段高度z1、第二分段高度z2、第三分段高度z3和第四分段高度z4将敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱在高度方向上的温度变化曲线依次分为五段，即下底向侧壁过渡温度变化曲线段、液体温度变化曲线段、气液过渡温度变化曲线段、气体温度变化曲线段和侧壁向上底过渡温度变化曲线段；
步骤五、高度方向上非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度分段拟合，确定非满液圆筒状保温水箱外侧全高度范围保温层厚度：对下底向侧壁过渡温度变化曲线段、液体温度变化曲线段、气液过渡温度变化曲线段、气体温度变化曲线段和侧壁向上底过渡温度变化曲线段分别进行曲线拟合，获取高度方向上非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度，其中，液体温度变化曲线段和气体温度变化曲线段均为常数函数。
上述的一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法，其特征在于：步骤四中，分段高度两侧的温度变化曲线段的曲线斜率变化值超过0.1。
上述的一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法，其特征在于：步骤五中，在下底向侧壁过渡温度变化曲线段上数据采样，获取不同的下底向侧壁过渡段高度z0-1和对应高度的圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA0002596745620000031
根据公式
Figure BDA0002596745620000032
求出圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA0002596745620000033
对应的保温层厚度
Figure BDA0002596745620000034
其中，
Figure BDA0002596745620000035
为敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱在高度z△处的外侧温度值，
Figure BDA0002596745620000036
zye为坐标原点与液体的上表面之间的距离，hqi为气体的高度，设定多项式最高幂阈值范围，利用多项式拟合法构建以高度z0-1为自变量，以保温层厚度
Figure BDA0002596745620000037
为因变量的多项式曲线
Figure BDA0002596745620000038
a0～an均为拟合系数，n为第一最高幂；
根据公式
Figure BDA0002596745620000039
计算液体温度变化曲线段对应的非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度
Figure BDA00025967456200000310
其中，
Figure BDA00025967456200000311
为液体温度变化曲线段上任一高度处保温层外侧温度值；
在气液过渡温度变化曲线段上数据采样，获取不同的气液过渡段高度z2-3和对应高度的圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA0002596745620000041
根据公式
Figure BDA0002596745620000042
求出圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA0002596745620000043
对应的保温层厚度
Figure BDA0002596745620000044
设定多项式最高幂阈值范围，利用多项式拟合法构建以高度z2-3为自变量，以保温层厚度
Figure BDA0002596745620000045
为因变量的多项式曲线
Figure BDA0002596745620000046
b0～bm均为拟合系数，m为第二最高幂；
根据公式
Figure BDA0002596745620000047
计算气体温度变化曲线段对应的非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度
Figure BDA0002596745620000048
其中，
Figure BDA0002596745620000049
为气体温度变化曲线段上任一高度处保温层外侧温度值；
在侧壁向上底过渡温度变化曲线段上数据采样，获取不同的侧壁向上底过渡段高度z4-max和对应高度的圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA00025967456200000410
根据公式
Figure BDA00025967456200000411
求出圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA00025967456200000412
对应的保温层厚度
Figure BDA00025967456200000413
设定多项式最高幂阈值范围，利用多项式拟合法构建以高度z4-max为自变量，以保温层厚度
Figure BDA00025967456200000414
为因变量的多项式曲线
Figure BDA00025967456200000415
c0～cq均为拟合系数，q为第三最高幂；
即高度范围内的非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度
Figure BDA00025967456200000416
其中，C1和C2均为常数，且
Figure BDA00025967456200000417
Figure BDA00025967456200000418
zmax为上底保温层上表面在圆柱坐标系中的高度值。
上述的一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法，其特征在于：步骤五中，第一最高幂n、第二最高幂m和第三最高幂q的幂阈值范围均为2～5。
综上所述，本发明的有益效果是：根据工业设备及管道绝热工程设计规范确定圆筒状保温水箱保温层基准厚度，针对基准厚度建立非满液圆筒状保温水箱外侧保温层的温度场，获取高度方向上保温层基准厚度下外侧温度变化曲线，根据曲线呈现的特征对非满液圆筒状保温水箱保温层厚度分段拟合，确定非满液圆筒状保温水箱外侧任意点保温层厚度，能有效减少非满液圆筒状保温水箱外侧传热不均匀性，进而减少热损失，提高保温效果，低成本换取高保温收益，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明圆柱坐标系在圆筒状保温水箱中的位置关系示意图。
图2为本发明非满液圆筒状保温水箱外侧敷设保温层的结构示意图。
图3为本发明保温层外侧温度变化曲线图。
图4为本发明方法的方法流程框图。
附图标记说明:
1—气体； 2—液体； 3—圆筒状保温水箱；
4—侧壁保温层； 5—上底保温层； 6—下底保温层。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明的一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法，包括以下步骤：
步骤一、确定非满液圆筒状保温水箱外侧保温层的基准厚度：向圆筒状保温水箱3内注入液体2，所述液体2未充满圆筒状保温水箱3，圆筒状保温水箱3内液体2上侧为气体1；
根据公式
Figure BDA0002596745620000051
计算非满液圆筒状保温水箱外的侧壁保温层4的基准厚度δ，其中，D0为圆筒状保温水箱3外径，D1为侧壁保温层4的基准外径，且
Figure BDA0002596745620000052
PE为能量价格，λ为侧壁保温层4对应的保温材料在平均温度下的导热系数，t为年运行时间，T0为圆筒状保温水箱3外表面温度，Ta为环境温度，PT为保温结构单位造价，S为绝热工程投资年摊销率，αs为侧壁保温层4对应的保温材料外表面向周围环境的放热系数；
根据传统的保温层厚度均匀一致原则，令圆筒状保温水箱3的上底保温层5和下底保温层6的基准厚度均等于非满液圆筒状保温水箱外的侧壁保温层4的基准厚度δ，上底保温层5、下底保温层6和侧壁保温层4共同构成圆筒状保温水箱3的保温层；
需要说明的是，按照GB50264-2013《工业设备及管道绝热工程设计规范》确定圆筒状保温水箱常规需敷设保温材料的基准厚度，本实例中的圆筒状保温水箱尺寸为φ1160mm×1236mm，内部水温75℃，液面高度为900mm，保温材料的材质为离心玻璃棉为例，能量价格PE根据GB50264-2013《工业设备及管道绝热工程设计规范》计算公式5.7.1，计算得能量价格PE为30.1元/106kJ，保温结构单位造价PT为373.9元/m2，保温层对应的保温材料在平均温度下的导热系数λ为0.034W/(m·℃)，以无风为例，保温层对应的保温材料外表面向周围环境的放热系数αs为表面材料的辐射换热系数αr与对流换热系数αc之和，即为11.6W/(m·℃)，圆筒状保温水箱3外表面温度T0为25℃，环境温度Ta为20℃，绝热工程投资年摊销率S为15％，综上数据得非满液圆筒状保温水箱外的侧壁保温层4的基准厚度δ为45mm，因此，圆筒状保温水箱3的上底保温层5和下底保温层6的基准厚度均等于45mm，圆筒状保温水箱3的总高度为1236mm+2×45mm，即为1326mm，忽略圆筒状保温水箱3的厚度，气体1的高度为336mm。
步骤二、建立圆柱坐标系：以下底保温层6的底部圆心为坐标原点建立二维极坐标系，以坐标原点的上侧为正方向竖直向上引出z轴，建立圆柱坐标系；
需要说明的是，圆筒状保温水箱3的横截面为圆形，由于液体2在圆筒状保温水箱3内以z轴为轴，在任意高度上液体以z轴与该高度的横截面交点为中心，中心对称盛放在圆筒状保温水箱3内，因此非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在同一高度上的厚度相同，获取高度上一条厚度线条曲线即可相应的确定非满液圆筒状保温水箱外侧全范围保温层厚度，减少建模的复杂度。
步骤三、获取非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的温度场：利用SPACECLAIM软件建立非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的物理模型，利用ICEM软件对非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的物理模型进行网格划分，生成网格文件导入FLUENT计算软件中，FLUENT计算软件模拟出非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的温度场，获取敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱3在高度方向上的温度变化曲线；
需要说明的是，本实施例中液面在圆筒状保温水箱3内的高度为900mm，在圆柱坐标系中的高度为945mm，气体1的高度为336mm，获取敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱3在高度方向上的温度变化曲线如图3所示，保温层基准厚度下外侧温度变化在下底向侧壁段、气液过渡段和侧壁向上底段附近变化明显，沿水箱高度增大方向，温度先上升至一个常数，在下降至另一个常数一段高度后继续下降。
步骤四、确定分段高度：将敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱3在高度方向上的温度变化曲线进行分段，获取敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱3在高度方向上的温度变化曲线分段位置处的分段高度；
所述分段高度包括第一分段高度z1、第二分段高度z2、第三分段高度z3和第四分段高度z4，第一分段高度z1、第二分段高度z2、第三分段高度z3和第四分段高度z4将敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱3在高度方向上的温度变化曲线依次分为五段，即下底向侧壁过渡温度变化曲线段、液体温度变化曲线段、气液过渡温度变化曲线段、气体温度变化曲线段和侧壁向上底过渡温度变化曲线段；
本实施例中，步骤四中，分段高度两侧的温度变化曲线段的曲线斜率变化值超过0.1。
需要说明的是，在下底向侧壁段过渡中，产生第一分段高度z1，液体向气体过渡中，产生第二分段高度z2，气体向上底过渡中，产生第三分段高度z3，气体向上底过渡，产生第四分段高度z4，本实施例中，第一分段高度z1为105mm、第二分段高度z2为822mm、第三分段高度z3为942mm和第四分段高度z4为1171mm。
步骤五、高度方向上非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度分段拟合，确定非满液圆筒状保温水箱外侧全高度范围保温层厚度：对下底向侧壁过渡温度变化曲线段、液体温度变化曲线段、气液过渡温度变化曲线段、气体温度变化曲线段和侧壁向上底过渡温度变化曲线段分别进行曲线拟合，获取高度方向上非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度，其中，液体温度变化曲线段和气体温度变化曲线段均为常数函数。
本实施例中，步骤五中，在下底向侧壁过渡温度变化曲线段上数据采样，获取不同的下底向侧壁过渡段高度z0-1和对应高度的圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA0002596745620000081
根据公式
Figure BDA0002596745620000082
求出圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA0002596745620000083
对应的保温层厚度
Figure BDA0002596745620000084
其中，
Figure BDA0002596745620000085
为敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱3在高度z△处的外侧温度值，
Figure BDA0002596745620000086
zye为坐标原点与液体2的上表面之间的距离，hqi为气体1的高度，设定多项式最高幂阈值范围，利用多项式拟合法构建以高度z0-1为自变量，以保温层厚度
Figure BDA0002596745620000087
为因变量的多项式曲线
Figure BDA0002596745620000088
a0～an均为拟合系数，n为第一最高幂；
需要说明的是，下底向侧壁过渡温度变化曲线段、气液过渡温度变化曲线段和侧壁向上底过渡温度变化曲线段的曲线呈现不同的曲率变化，因此，需要对三段曲线进行分别拟合。
根据公式
Figure BDA0002596745620000089
计算液体温度变化曲线段对应的非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度
Figure BDA00025967456200000810
其中，
Figure BDA00025967456200000811
为液体温度变化曲线段上任一高度处保温层外侧温度值；
在气液过渡温度变化曲线段上数据采样，获取不同的气液过渡段高度z2-3和对应高度的圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA0002596745620000091
根据公式
Figure BDA0002596745620000092
求出圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA0002596745620000093
对应的保温层厚度
Figure BDA0002596745620000094
设定多项式最高幂阈值范围，利用多项式拟合法构建以高度z2-3为自变量，以保温层厚度
Figure BDA0002596745620000095
为因变量的多项式曲线
Figure BDA0002596745620000096
b0～bm均为拟合系数，m为第二最高幂；
根据公式
Figure BDA0002596745620000097
计算气体温度变化曲线段对应的非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度
Figure BDA0002596745620000098
其中，
Figure BDA0002596745620000099
为气体温度变化曲线段上任一高度处保温层外侧温度值；
在侧壁向上底过渡温度变化曲线段上数据采样，获取不同的侧壁向上底过渡段高度z4-max和对应高度的圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA00025967456200000910
根据公式
Figure BDA00025967456200000911
求出圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure BDA00025967456200000912
对应的保温层厚度
Figure BDA00025967456200000913
设定多项式最高幂阈值范围，利用多项式拟合法构建以高度z4-max为自变量，以保温层厚度
Figure BDA00025967456200000914
为因变量的多项式曲线
Figure BDA00025967456200000915
c0～cq均为拟合系数，q为第三最高幂；
即高度范围内的非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度
Figure BDA00025967456200000916
其中，C1和C2均为常数，且
Figure BDA00025967456200000917
Figure BDA00025967456200000918
zmax为上底保温层5上表面在圆柱坐标系中的高度值。
本实施例中，步骤五中，第一最高幂n、第二最高幂m和第三最高幂q的幂阈值范围均为2～5。
需要说明的是，本实施例中，第一最高幂n优选为5、第二最高幂m优选为3、第三最高幂q优选为5，建立高度方向上非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度
Figure BDA0002596745620000101
如图3中所示的本申请保温层外侧温度变化曲线所示，下底向侧壁过渡温度变化曲线段、液体温度变化曲线段、气液过渡温度变化曲线段、气体温度变化曲线段和侧壁向上底过渡温度变化曲线段之间的温差减小，两条温度曲线对比后可知，圆筒状保温水箱保温层外侧温度分布明显比现有敷设保温层的圆筒状保温水箱更均匀，能有效减少非满液圆筒状保温水箱外侧传热不均匀性，进而减少热损失，提高保温效果，从而以较小的投入获得较大的保温收益。
需要说明的是，根据工业设备及管道绝热工程设计规范确定圆筒状保温水箱保温层基准厚度，针对基准厚度建立非满液圆筒状保温水箱外侧保温层的温度场，获取高度方向上保温层基准厚度下外侧温度变化曲线，非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在同一高度上的厚度相同，获取高度上一条厚度线条曲线即可相应的确定非满液圆筒状保温水箱外侧全范围保温层厚度，减少建模的复杂度，简化高度方向上非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的温度场，缩减保温层基准厚度下外侧温度变化曲线，数据量需求少，根据曲线呈现的特征对非满液圆筒状保温水箱保温层厚度分段拟合，确定非满液圆筒状保温水箱外侧任意点保温层厚度，能有效减少非满液圆筒状保温水箱外侧传热不均匀性，进而减少热损失，提高保温效果，低成本换取高保温收益，便于推广使用
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、确定非满液圆筒状保温水箱外侧保温层的基准厚度：向圆筒状保温水箱(3)内注入液体(2)，所述液体(2)未充满圆筒状保温水箱(3)，圆筒状保温水箱(3)内液体(2)上侧为气体(1)；
根据公式
Figure FDA0002596745610000011
计算非满液圆筒状保温水箱外的侧壁保温层(4)的基准厚度δ，其中，D0为圆筒状保温水箱(3)外径，D1为侧壁保温层(4)的基准外径，且
Figure FDA0002596745610000012
PE为能量价格，λ为侧壁保温层(4)对应的保温材料在平均温度下的导热系数，t为年运行时间，T0为圆筒状保温水箱(3)外表面温度，Ta为环境温度，PT为保温结构单位造价，S为绝热工程投资年摊销率，αs为侧壁保温层(4)对应的保温材料外表面向周围环境的放热系数；
令圆筒状保温水箱(3)的上底保温层(5)和下底保温层(6)的基准厚度均等于非满液圆筒状保温水箱外的侧壁保温层(4)的基准厚度δ；
步骤二、建立圆柱坐标系：以下底保温层(6)的底部圆心为坐标原点建立二维极坐标系，以坐标原点的上侧为正方向竖直向上引出z轴，建立圆柱坐标系；
步骤三、获取非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的温度场：利用SPACECLAIM软件建立非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的物理模型，利用ICEM软件对非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的物理模型进行网格划分，生成网格文件导入FLUENT计算软件中，FLUENT计算软件模拟出非满液圆筒状保温水箱外侧保温层在基准厚度下的温度场，获取敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱(3)在高度方向上的温度变化曲线；
步骤四、确定分段高度：将敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱(3)在高度方向上的温度变化曲线进行分段，获取敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱(3)在高度方向上的温度变化曲线分段位置处的分段高度；
所述分段高度包括第一分段高度z1、第二分段高度z2、第三分段高度z3和第四分段高度z4，第一分段高度z1、第二分段高度z2、第三分段高度z3和第四分段高度z4将敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱(3)在高度方向上的温度变化曲线依次分为五段，即下底向侧壁过渡温度变化曲线段、液体温度变化曲线段、气液过渡温度变化曲线段、气体温度变化曲线段和侧壁向上底过渡温度变化曲线段；
步骤五、高度方向上非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度分段拟合，确定非满液圆筒状保温水箱外侧全高度范围保温层厚度：对下底向侧壁过渡温度变化曲线段、液体温度变化曲线段、气液过渡温度变化曲线段、气体温度变化曲线段和侧壁向上底过渡温度变化曲线段分别进行曲线拟合，获取高度方向上非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度，其中，液体温度变化曲线段和气体温度变化曲线段均为常数函数。
2.按照权利要求1所述的一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法，其特征在于：步骤四中，分段高度两侧的温度变化曲线段的曲线斜率变化值超过0.1。
3.按照权利要求1所述的一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法，其特征在于：步骤五中，在下底向侧壁过渡温度变化曲线段上数据采样，获取不同的下底向侧壁过渡段高度z0-1和对应高度的圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure FDA0002596745610000021
根据公式
Figure FDA0002596745610000022
求出圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure FDA0002596745610000023
对应的保温层厚度
Figure FDA0002596745610000024
其中，
Figure FDA0002596745610000025
为敷设基准厚度保温层后的圆筒状保温水箱(3)在高度z△处的外侧温度值，
Figure FDA0002596745610000026
zye为坐标原点与液体(2)的上表面之间的距离，hqi为气体(1)的高度，设定多项式最高幂阈值范围，利用多项式拟合法构建以高度z0-1为自变量，以保温层厚度
Figure FDA0002596745610000031
为因变量的多项式曲线
Figure FDA0002596745610000032
a0～an均为拟合系数，n为第一最高幂；
根据公式
Figure FDA0002596745610000033
计算液体温度变化曲线段对应的非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度
Figure FDA0002596745610000034
其中，
Figure FDA0002596745610000035
为液体温度变化曲线段上任一高度处保温层外侧温度值；
在气液过渡温度变化曲线段上数据采样，获取不同的气液过渡段高度z2-3和对应高度的圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure FDA0002596745610000036
根据公式
Figure FDA0002596745610000037
求出圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure FDA0002596745610000038
对应的保温层厚度
Figure FDA0002596745610000039
设定多项式最高幂阈值范围，利用多项式拟合法构建以高度z2-3为自变量，以保温层厚度
Figure FDA00025967456100000310
为因变量的多项式曲线
Figure FDA00025967456100000311
b0～bm均为拟合系数，m为第二最高幂；
根据公式
Figure FDA00025967456100000312
计算气体温度变化曲线段对应的非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度
Figure FDA00025967456100000313
其中，
Figure FDA00025967456100000314
为气体温度变化曲线段上任一高度处保温层外侧温度值；
在侧壁向上底过渡温度变化曲线段上数据采样，获取不同的侧壁向上底过渡段高度z4-max和对应高度的圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure FDA00025967456100000315
根据公式
Figure FDA00025967456100000316
求出圆筒状保温水箱保温层外侧温度值
Figure FDA00025967456100000317
对应的保温层厚度
Figure FDA00025967456100000318
设定多项式最高幂阈值范围，利用多项式拟合法构建以高度z4-max为自变量，以保温层厚度
Figure FDA00025967456100000319
为因变量的多项式曲线
Figure FDA00025967456100000320
c0～cq均为拟合系数，q为第三最高幂；
即高度范围内的非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度
Figure FDA0002596745610000041
其中，C1和C2均为常数，且
Figure FDA0002596745610000042
Figure FDA0002596745610000043
zmax为上底保温层(5)上表面在圆柱坐标系中的高度值。
4.按照权利要求3所述的一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法，其特征在于：步骤五中，第一最高幂n、第二最高幂m和第三最高幂q的幂阈值范围均为2～5。
CN202010711603.8A 2020-07-22 2020-07-22 一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法 Active CN111859673B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010711603.8A CN111859673B (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010711603.8A CN111859673B (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111859673A true CN111859673A (zh) 2020-10-30
CN111859673B CN111859673B (zh) 2023-09-26

Family

ID=72950662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010711603.8A Active CN111859673B (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111859673B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112695215A (zh) * 2020-12-18 2021-04-23 中核陕西铀浓缩有限公司 一种铀浓缩工厂保温箱内设备选择性加热工艺
CN113300026A (zh) * 2021-04-26 2021-08-24 东风汽车集团股份有限公司 一种电池包保温层的设计方法、装置及电子设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101806108A (zh) * 2010-03-19 2010-08-18 黄靓 一种适用于框架结构的保温墙体系
CN102374685A (zh) * 2011-12-12 2012-03-14 云南师范大学 一种太阳能热水器保温水箱
CN102607495A (zh) * 2012-02-22 2012-07-25 西安建筑科技大学 一种保温罐外壁保温材料厚度的确定方法
CN202793125U (zh) * 2012-09-13 2013-03-13 上海意利法暖通科技有限公司 一种储能热水水箱

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101806108A (zh) * 2010-03-19 2010-08-18 黄靓 一种适用于框架结构的保温墙体系
CN102374685A (zh) * 2011-12-12 2012-03-14 云南师范大学 一种太阳能热水器保温水箱
CN102607495A (zh) * 2012-02-22 2012-07-25 西安建筑科技大学 一种保温罐外壁保温材料厚度的确定方法
CN202793125U (zh) * 2012-09-13 2013-03-13 上海意利法暖通科技有限公司 一种储能热水水箱

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯强: "玉希莫勒盖隧道温度场及保温层厚度的研究", 《现代隧道技术》, vol. 53, no. 05, pages 78 - 84 *
李昌剑: "设备及管道绝热保温厚度计算和软件开发", 《区域供热》, no. 2, pages 67 - 72 *
李永林;赵沛;仇圣桃;张建平;: "车轮钢圆坯表面温度和坯壳厚度的数值分析", 钢铁, no. 01, pages 35 - 38 *
杨生兴;佟立丽;曹学武;王小吉;侯丽强;: "基于RELAP5的高温棒束通道再淹没数值模拟研究", 核科学与工程, no. 05, pages 158 - 165 *
王小尚;王萍;曹学文;王庆;: "大型LNG储罐安全存储影响因素分析", 石油工程建设, no. 05, pages 11 - 17 *
郭甲生;秦朝葵;戴万能;: "变化气候条件下沼气池散热动态仿真", 中国沼气, no. 03, pages 10 - 12 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112695215A (zh) * 2020-12-18 2021-04-23 中核陕西铀浓缩有限公司 一种铀浓缩工厂保温箱内设备选择性加热工艺
CN113300026A (zh) * 2021-04-26 2021-08-24 东风汽车集团股份有限公司 一种电池包保温层的设计方法、装置及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN111859673B (zh) 2023-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101900773B (zh) 地下电力电缆载流量在线预测方法
CN111859673A (zh) 一种非满液圆筒状保温水箱外侧保温层厚度的确定方法
CN109086560B (zh) 变工况下地源热泵竖直单u型地埋管流体温度分布预测方法
WO2022099713A1 (zh) 一种基于 overset 模型的低温碳化炉丝束加热过程三维模拟方法
CN106294963A (zh) 直埋电缆载流量计算方法
Yang et al. A dynamic simulation method of ground coupled heat pump system based on borehole heat exchange effectiveness
CN104749999B (zh) 装配湿式冷却塔的汽轮发电机组冷端系统优化运行精确指导系统
CN112528572B (zh) 一种基于overset模型的低温碳化炉丝束加热过程三维模拟方法
Liang et al. Performance analysis of a new-design filled-type solar collector with double U-tubes
CN112446177A (zh) 一种高温碳化炉外部保温材料隔热性能的模拟方法
CN104750995B (zh) 多回路土壤直埋电缆导体温度的计算方法
Liu et al. A novel 2-D ring-tubes model and numerical investigation of heat and moisture transfer around helix ground heat exchanger
CN113792462A (zh) 一种快速获取中深层地热地埋管取热能力的方法
Zheng et al. Heating performance and spatial analysis of seawater-source heat pump with staggered tube-bundle heat exchanger
Jiang et al. Investigations on heat flow characteristics of the aquifer for groundwater heat pump (GWHP) composed of different well types
CN110489912B (zh) 一种太阳能跨季节土壤蓄热分层切片数值模拟的方法
CN110728030B (zh) 基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法
CN117574648A (zh) 考虑复杂条件的直埋电缆缆芯温升安全评估方法及设备
CN111859248B (zh) 一种非满液集水器外侧保温层厚度的确定方法
CN104573206B (zh) 一种基于有限元热力耦合的型钢断面热形状尺寸设计方法
CN107862139A (zh) 基于正交试验设计的降低电缆支架涡流损耗的优化方法
CN108090320A (zh) 一种圆台螺旋型能源桩传热计算方法
CN208794821U (zh) 一种高温熔盐蓄热罐基础冷却装置
CN105198183A (zh) 一种沼气池及其换热管的设置方法
CN117688861A (zh) 一种应用于lng薄膜罐的自流式壁面冷却方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240723

Address after: 710054 No. 1, north section, Yanta Road, Shaanxi, Xi'an

Patentee after: CHINA RAILWAY FIRST GROUP Co.,Ltd.

Country or region after: China

Patentee after: Design Consulting Branch of China Railway First Group Co.,Ltd.

Patentee after: Shaanxi Huaying Engineering Construction Supervision Co.,Ltd.

Address before: 710054 No. 1, north section, Yanta Road, Shaanxi, Xi'an

Patentee before: CHINA RAILWAY FIRST GROUP Co.,Ltd.

Country or region before: China

Patentee before: SURVEY AND DESIGN BRANCH OF CHINA RAILWAY FIRST GROUP Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right