Учёные из Томского политехнического университета разработали модель движения воздушных потоков и теплообмена в открытых и закрытых системах. Она может помочь в разработке энергоэффективных систем отопления, умных климат-контролей и систем мониторинга, которые будут полезны при прогнозировании распространения опасных веществ в случае чрезвычайных ситуаций.
В природе и технике перемещение тепла и массы обычно происходит с помощью турбулентных потоков. Хотя в области численного моделирования термогидродинамических процессов достигнут значительный прогресс, точное предсказание закономерностей турбулентного тепломассопереноса по-прежнему представляет собой серьёзную задачу.
Специалисты Физической исследовательской школы ТПУ, специализирующейся на изучении процессов с высокими энергиями, создали инновационную математическую модель, которая сочетает в себе преимущества различных подходов. Эта модель способна эффективно анализировать турбулентные термогравитационные потоки.
Модель, созданная учёными, подходит для высокопроизводительных параллельных вычислений на графических ускорителях (GPU). Она более удобна в использовании и обладает улучшенной вычислительной мощностью, поскольку не требует решения стационарного уравнения неразрывности на каждом временном шаге.
Кроме того, гибридный подход, разработанный учёными, более стабилен и требует меньше оперативной памяти.
Мы апробировали наш подход, решая эталонные задачи турбулентной естественной конвекции в замкнутых пространствах и сравнивая результаты численного моделирования с известными экспериментальными данными. Результаты вычислительных экспериментов показали, что наш гибридный алгоритм сходится более чем в четыре раза быстрее по сравнению с традиционными численными методами механики сплошных сред.
Это открывает новые горизонты в проектировании энергоэффективных систем отопления и позволяет контролировать микроклимат помещений в режиме реального времени.
Исследователи намерены усовершенствовать алгоритм, используя трёхмерное моделирование, а также принимая во внимание лучистый и конвективный теплообмен. Это позволит максимально приблизить вычислительную модель к реальным инженерным задачам, таким как обогрев и охлаждение жилых и административных помещений с помощью панельно-лучистой системы, а также мониторинг микроклимата в больничных палатах и операционных в режиме реального времени.
Кроме того, планируется интегрировать в гибридную модель нейросети, что позволит получать сверхбыстрые и относительно точные решения в задачах, связанных с пожарной безопасностью и распространением токсичных веществ.
Ранее Ижевский научно-исследовательский технологический институт «Прогресс», находящийся под управлением компании «РТ-Капитал» Госкорпорации Ростех, разработал новое уникальное оборудование. Оно предназначено для оценки расхода воды в радиаторах и конвекторах, а также для высокоточного измерения теплового потока. Правильная оценка теплового потока позволяет значительно снизить расходы на эксплуатацию систем отопления и капитальные затраты при их монтаже.
Читать материалы по теме:
В России создали материал на основе нанотрубок для повышения эффективности батарей в морозы
Сэкономит на отоплении: Сбер выпустил умный терморегулятор
Российский инженер создал криптокотел, который отапливает дом и добывает криптовалюту
