Радиаторы отопления обогревают помещение за счёт передачи тепла от горячей воды к воздуху. Количество отдаваемого тепла (и, в конечном счёте, температура воздуха в помещении) зависят в первую очередь от конфигурации оребрения. CFD-моделирование позволяет оценить теплоотдачу радиатора и внести необходимые изменения в его конструкцию ещё на этапе разработки, что обеспечивает высокое качество изделий и быстрый выход на рынок.

Преимущества СFD-моделирования

Согласно ГОСТ 31311-2005 «Приборы отопительные. Общие технические условия», конфигурация оребрения является одним из ключевых факторов, влияющих на теплоотдачу радиатора. Добавление рёбер увеличивает площадь теплообмена, однако чрезмерное их количество может привести к снижению общей эффективности из-за ухудшения массогабаритных характеристик. Таким образом, проектирование радиатора отопления представляет собой сложную комплексную задачу. Проведение натурных экспериментов с физическими образцами, учитывая большую вариативность возможных модификаций, связанно со значительными материальными и временными затратами.

Использование CFD-моделирования позволяет в сжатые сроки оценивать влияние отдельных конструктивных элементов на теплоотдачу и определять наилучшие конфигурации для повышения эффективности радиатора.

Оптимизация конструкции радиатора на основе CFD-моделирования

Для оценки теплоотдачи инженеры АО «ЦИФРА» используют программный комплекс Ansys, предназначенный для моделирования физических процессов на основе фундаментальных уравнений сохранения. Математическое моделирование радиатора позволяет получить детализированную картину распределения температурных полей и воздушных потоков. Анализ распределений температуры на поверхности прибора позволяет выявить области недогрева и перегрева изделия. На основе этих данных расположение рёбер можно оптимизировать – это позволит повысить общую эффективность изделия. Визуализация распределения температуры на поверхности радиатора приведена на рисунке ниже.

Распределение температуры на поверхности секции радиатора

По распределениям температуры были обнаружены зоны перегрева в области коллектора. Исходя из этого, был выполнен расчёт радиатора с дополнительными рёбрами.

Распределение температуры в области коллектора. Контуром чёрного цвета выделены зоны, где были добавлены теплоотдающие ребра

Теплоотдача исходной конфигурации оребрения составляет 300 Вт на секцию; в случае оптимизированной версии данная величина составляет 330 Вт. Таким образом, можно говорить о увеличении теплоотдачи в оптимизированной версии на 10%. Увеличение массы конструкции за счёт добавления рёбер не превосходит 150 грамм, что составляет менее 1% от общей массы радиатора.

Таким образом, CFD-моделирование радиаторов позволяет прогнозировать теплоотдачу радиатора отопления. Как подтвердили расчёты, даже небольшие конструктивные изменения могут значительно улучшить тепловые характеристики прибора. Такой подход заменяет дорогостоящие натурные эксперименты, сокращая временные и финансовые затраты на разработку.

Изображение заголовка сгенерировано нейросетью