Dr. Bánhidi László Dr. Garbai László VÁLOGATOTT FEJEZETEK AZ ELMÉLETI F TÉSTECHNIKA KÖRÉB L

Átírás

1 Dr. Bánhidi László Dr. Garbai László VÁLOGATOTT FEJEZETEK AZ ELMÉLETI F TÉSTECHNIKA KÖRÉB L AKADÉMIAI KIADÓ, BUDAPEST,

2 Megjelent a Magyar Tudományos Akadémia Könyv- és Folyóirat-kiadó Bizottsága támogatásával Szerz k DR., DR. HC. BÁNHIDI LÁSZLÓ DR. HABIL. GARBAI LÁSZLÓ egyetemi tanár Lektorálta REMÉNYI KÁROLY akadémikus Társszerz k BARTAL IMRICH okl. gépészmérnök I III. függelék MÉHES SZABOLCS okl. gépészmérnök I III. függelék ISBN Kiadja az Akadémiai Kiadó, az 1795-ben alapított Magyar Könyvkiadók és Könyvterjeszt k Egyesülésének tagja 1117 Budapest, Prielle Kornélia u Els magyar nyelv kiadás: 2008 Bánhidi László Garbai László, 2008 Minden jog fenntartva, beleértve a sokszorosítás, a nyilvános el adás, a rádió- és televízióadás, valamint a fordítás jogát, az egyes fejezeteket illet en is. A kiadásért felel s az Akadémiai Kiadó Zrt. igazgatója Szerkesztette: Szente László Felel s szerkeszt : Tárnok Irén Termékmenedzser: Egri Róbert A nyomdai munkálatokat a PXP Els Magyar Digitális Nyomda Rt. végezte Felel s vezet : Ratkovics Péter Budapest, 2008 Kiadványszám: KM Megjelent 43,62 (A/5) ív terjedelemben Printed in Hungary 4

3 TARTALOMJEGYZÉK Bevezetés. A f téstechnika elméleti kérdései A f tött terek h igényének számítása A h igények valószín ségelméletének vizsgálata A f tési h igény valószín ségi jellege A mértékadó (névleges, maximális) f tési h igény tervezése Két valószín ségi változó összege Két valószín ségi változó szorzata Egy f tési fogyasztó h igényének bizonytalansága, a valószín ségeloszlás meghatározása Az egyidej f tési h igények meghatározása a fogyasztók csoportjára H átvitel a f tött terek határoló szerkezeteiben Az id ben állandósult h terjedés alapeseteinek elméleti összefoglalása H vezetés Számítási eljárások egy- és többrétegb l álló szerkezetekben végbemen h vezetésre h mérséklett l függ h vezetési tényez esetében H átadás H sugárzás H átvitel Instacionárius h átvitel a f tött terek határoló szerkezeteiben A h vezetést leíró differenciálegyenletek Peremfeltételek A h vezetés differenciálegyenletének néhány partikuláris megoldása

4 Tranziens problémák elhanyagolható felületi h átadási ellenállás esetén. Els fajú peremfeltétel Tranziens problémák véges felületi h ellenállás esetében (harmadfajú határfeltétel) Falakban terjed h mérséklethullámok Egyszer tranziens problémák Tartályban tárolt közegek f tése vagy h tése G zfázist nem tartalmazó telítetlen folyadék vagy gáz G zfázist tartalmazó telített folyadék Cs ben áramló összenyomható közeg leh lése Telített g z leh lése Folyadékkal töltött tartályok tranziens jelenségei Egyszer alakú szilárd testek leh lése és melegedése Sugárzóf tések elmélete és méretezése Sugárzóf tések osztályozása és h leadása Sugárzó f t berendezések osztályozásának alapjai Különböz helyzet és megoldású sugárzó f t testek h leadása Kis felületi h mérséklet sugárzóf tések Méretezés a lineáris h vezetés alapján Betonrétegbe ágyazott cs sor h közlése x-y (síkbeli) h vezetés esetén Közepes felületi h mérséklet ( C) sugárzóf tések Kollmar számításmódszere Magas h mérséklet és kis h tehetetlenség sugárzóf tések Általános ismertetés Gázüzem sugárzó f t test Villamos h sugárzók Olajüzem infravörös sugárzók Sugárzóf tések h érzeti méretezése Az emberi test h egyensúlyán alapuló méretezési módszer Az emberi test h egyensúlyán alapuló általános méretezési módszerek Az emberi test sugárzásos h cseréjének pontos számítása Csarnokszer épületekkel kapcsolatos h áramlási kérdések Padlóf tés Sugárzó erny vagy infravörös sugárzóf tés esete Sugárzóh tések

5 5. Melegvíz-f tések elméleti kérdései Bonyolult f tési hálózatok hidraulikai analízisének módszerei Cs hálózatok gráfja és topológiai leírása A cs hálózati áramlások megmaradási egyenletei, peremfeltételei és meghatározottsága Csomóponti egyenletek Hurokegyenletek Útegyenletek A cs hálózati áramlást leíró megmaradási egyenletek megoldása A Newton Raphson-eljárás A linearizáló eljárás Melegvíz-f tés h leadók h leadásának számításával kapcsolatos elméleti problémák Melegvíz-f tések áramlástani és hidraulikai kérdései. Az áramlási nyomásveszteség számítása meleg vízre Súrlódásmentes, h szigetelt (adiabatikus) áramlás Súrlódásos, h szigetelt (adiabatikus) áramlás. Áramlási veszteség, hidraulikai ellenállás Nyomásveszteség egyenes cs ben való áramláskor Nyomásveszteség cs vezetéki elemeken A szivattyúteljesítmény meghatározása Az ellenállás-tényez és az átfolyási szám kapcsolata cs vezetéki szerelvényeknél Politropikus, súrlódásos, kívülr l f tött vagy h tött áramlás állandó áramlási keresztmetszet cs ben Politropikus, kívülr l f tött vagy h tött áramlás súrlódás nélkül, állandó áramlási keresztmetszet cs ben Izotermikus, izentropikus és izentalp súrlódásos áramlás állandó áramlási keresztmetszet cs ben Politropikus, súrlódásos áramlás változó áramlási keresztmetszet cs ben Izobár áramlás súrlódással, h átvitellel, változó áramlási keresztmetszet cs ben Izoterm és izentrop áramlás súrlódással, h átvitellel, változó áramlási keresztmetszet cs ben Izentalp áramlás súrlódással, h átvitellel, változó áramlási keresztmetszet cs ben Politropikus áramlás súrlódás nélkül, h átvitellel, változó áramlási keresztmetszet cs ben

6 7.8. Adiabatikus áramlás súrlódással, h átvitel nélkül, változó áramlási keresztmetszet cs ben Kidolgozott példák a 7. fejezethez Szimmetrikus el remen és visszatér vezetékekb l álló f tési hálózatok hidraulikai analízise Az ered (helyettesít ) ellenállás meghatározása hálózatrészekre Párhuzamosan kötött vezetékszakaszok Sorba kötött vezetékszakaszok Az alapfeladatok megoldásai vízszintes f tési hálózatokra A nyomáskép, a szükséges fojtások és a betáplálási jellemz k a szivattyúmunkapont meghatározása el írt fogyasztási kép esetén Adott betáplálási jellemz k esetén a térfogatáram-eloszlás és nyomáskép a hálózaton Függ leges elrendezés kétcsöves központi f tési hálózatok hidraulikai analízise Az alapfeladat: el írt fogyasztásokhoz a nyomáskép, a szükséges fojtások és a szivattyúmunkapont meghatározása Az inverz feladat: ismert szivattyú-jelleggörbe esetén a kialakuló áram- és nyomáskép meghatározása Tetsz leges számú felszálló vezetékpárt tartalmazó f tési hálózatok hidraulikai analízise F tési hálózatok ismeretlen ellenállásainak identifikációja Ellenállások identifikációja állandó érték fogyasztások esetén Az eljárások pontossága Az ellenállások lineáris regressziója Melegvíz-f tés hidraulikai méretezése A h mérsékletlépcs meghatározása a mértékadó (leghidegebb) állapotra A f tési vezetékrendszer átmér inek meghatározása Hagyományos tervezés A vezetékátmér k meghatározása parciális optimalizációval Optimalizáció vezetékszakaszonként

7 10. Melegvíz-f tések szabályozása A h szállítással kapcsolatos alapismeretek melegvízf tési rendszerekben A h szállítás feladata A h szállítással kapcsolatos alapfogalmak A h szállítás mennyiségi jellemz i A névleges szabályozási diagramok készítésének elvei A h igények rendezett gyakorisági diagramja, tartamdiagramja A változó tömegáramú f t víz-keringetés szabályozása Az optimális munkapont meghatározása számítással Az optimális munkapont beállítása automatikus szabályozással A szivattyú fordulatszám-szabályozásának id függvénye A meleg vizes f tési rendszerek üzemeltetésének komplex tervezése A h ellátás üzemeltetésének alapelvei és feladatai Távh szolgáltató rendszerre illeszked f tési rendszerek optimális üzemeltetése Felhasznált irodalom Jelölések I. Függelék H vezetési ellenállások különböz geometriákra és h vezetési anyagjellemz k II. Függelék Bordahatásfokok kifejezései és h áramképletek különleges geometriákra III. Függelék A besugárzási tényez k és a kölcsönös sugárzási együtthatók, valamint a sugárzási anyagjellemz k értékei

8 BEVEZETÉS A F TÉSTECHNIKA ELMÉLETI KÉRDÉSEI Magyarországon utoljára 1975-ben jelent meg a f téstechnika elméleti kérdéseivel is foglalkozó szakkönyv Dr. Macskásy Árpád és szerz társai összeállításában Központi f tés I. II. címen. A könyv ma már nehezen szerezhet be, és az új mérnökgeneráció számára nehézségekbe ütközik a megfelel min ség szakirodalom tanulmányozása. Az azóta eltelt id alatt természetesen sok tekintetben megváltozott az oktatásnak és a tervezésnek a szemlélete is, s t még a terminológia is sok változáson ment keresztül. Szerencsére a f téstechnika elméleti alapjai, az áramlástan, a h közlés, h átadás, h sugárzás, a termodinamika tárgykörei lényegében változatlanok maradtak, és ugyanez elmondható a jelenségeket leíró differenciálegyenletekr l és azok megoldásairól is. Természetesen jelent sen fejl dött a számítástechnika, és a differenciálegyenletek analitikus megoldásainak amelyek sok esetben nehézkesek és bonyolultak megvan a numerikus alternatívája. Régebben voltak olyan folyamatok, amelyeknek a leíró differenciálegyenletei, illetve a leíró differenciálegyenletek megoldásai zárt, analitikus formában nem voltak meg, mára ez a hiány részben megsz nt, részben pedig a numerikus megoldásokra helyez dött át a hangsúly. A f téstechnika problémakörébe az alábbi tárgykörök tartoznak: 1. a f tési rendszerek osztályozása, melegvíz-f tés önálló kazánházzal vagy távf tésre kapcsolva, kisnyomású g zf tés, sugárzóf tés, légf tés, különleges f tések, kombinált f tések, 2. az ellátandó h igények meghatározása, a méretezési, ún. névleges h igények, tetsz leges küls meteorológiai állapothoz tartozó h igények, a h igények valószín ségi jellege, a megállapított h igények megbízhatósága, illetve kockázata, 11

9 3. a f tési rendszer kiválasztása a h igény jellegének függvényében, a f tési rendszer létesítésének és üzemeltetésének gazdaságossága, öszszehasonlítása más f tési rendszerrel, a kiválasztás gazdasági szempontjai és célfüggvénye, 4. a f tési rendszer méretezése, 5. a f tési rendszer kivitelezésének problémaköre, eszközei, 6. a f tési rendszer üzemeltetése és szabályozása. Könyvünkben összefoglaljuk a f téstechnika elméleti kérdéseit, els sorban a f téstechnikához kapcsolódó h átviteli problémák leírását és megoldásait. Részletesen elemezzük a sugárzóf tés m szaki megoldásait, a h leadás számítását és a f tési rendszer méretezését. Könyvünkben foglalkozunk még a melegvíz-f tések áramlástani és hidraulikai problémáival, a nyomásveszteség számításával, az ún. hidraulikai analízis kérdéseivel és a rohamosan terjed változó tömegáramú f t víz-keringetés szabályozásával. Munkánkban nagy mértékben támaszkodunk Dr. Macskásy Árpád és szerz társai említett könyvére, de természetesen az abban foglaltakat kiegészítjük az új eredményekkel és saját kutatásainkkal. A fenti tárgykörök ismeretanyaga természetesen rendkívül széles és gazdag, gyakorlatilag mindegyik egy-egy külön könyv tárgya lehetne. Az ellátandó h igények meghatározása az épülethatároló szerkezetekben végbemen stacionárius és instacionárius h átviteli folyamatok igen alapos ismeretét követeli meg. A f tési rendszer kiválasztása csak alapos gazdasági elemzést követ en történhet meg. A f tési rendszer méretezése a kés bbi hidraulikai problémák megel zése érdekében precíz hidraulikai számításokat igényel. A h igények függvényében a szivattyú és f tési rendszer együttes munkapontjára ki kell számítanunk az áramlási és nyomásképet. A termosztatikus szelepekkel szabályozott f tési rendszer csak a leggondosabban kiszámított nyomásviszonyokra illesztetten m ködik megbízhatóan. Ma már általánossá válik a változó tömegáramú keringet szivattyúk alkalmazása a szekunder f tési rendszerekben is, amelyek szabályozása a hidraulikai viszonyok folyamatos figyelemmel kísérése mellett történhet. A f tési rendszer méretezése során a gazdasági optimum gondolata több évtizedes, de a mai napig sem rendelkezünk megbízható eljárással, illetve méretezési modellel, amely az adatok bizonytalanságait jól kezelné. A könyv végén társszerz ink által összefoglalva függelékekben mutatjuk be a h veszteség-számítás alapjául szolgáló h ellenállások és bordahatásfokok képleteit, valamint a h sugárzás elméletben alapvet szerepet játszó besugárzási tényez k és kölcsönös sugárzási együtthatók számítására szolgáló összefüggéseket, továbbá a különböz épít - és szigetel anyagok termodinamikai jellemz it. 12