Пасивний будинок під землею

Вражає проведений обєм роботи. Навіть для табличних значень знайшли аналітичні вирази. Я б в найкращому випадку спробував зробити інтерполяцію чи апроксимацію табличних даних.

А чому не прийняти, що режим завжди буде турбулентний і рахувати тільки по одній формулі?

Якщо у вас труба 100мм, то щоб отримати ламінарний потік, потрібно швидкість опускати до 0.3 м/с, тобто продуктивність зменшувати до 8 м3/год. Або збільшувати діаметр труби до 300 мм, що дасть при 25м3/год швидкість 0.1 м/с і зможемо досягти Рейнольдса в 2400, тобто майже починається ламінарний, хоча треба ще до майже півметра збільшувати діаметр, щоб точно був ламінарний потік. Тобто на практиці думаю все буде тільки турбулентні режими. Хоча якщо потік розділяти на багато паралельних потоків, то може буде і ламінарний потік в кожній з труб.
До того ж, наскільки я розумію, коефіцієнт тепловіддачі при турбулентному потоці буде більший, що є бажаним. Тобто режим ламінарного потоку на практиці є не бажаним, то і додавати його в калькулятор можливо і не варто. Хоча ви вже зробили...Коли можна спробувати? Цікаво наскільки буде відрізнятись результат, який я отримав, прийнявши теплообмін для плоскої стінки, з результатом теплообміну потоку в каналі(як у вашому калькуляторі). До речі можна було вже додати опцію, коли канал не круглий, а прямокутний.

 

Зараз намагаюся знайти більш точний спосіб розрахунку для ламінарного потоку, бо різниця між розрахунками у 2 рази якось не дуже. Є таке, але там для розрахунку треба відношення L/d і воно дуже сильно впливає на результат.

Читав про Nu=3.66 та Nu=4.36 для ламінарного потоку всередині труб. Справа у тому, що в англомовній літературі під ламінарним потоком мають на увазі зовсім теоретичне явище, коли молекули в трубі рухаються тільки паралельно її осі. Це приблизно як табличне значення теплопровідності повітря. А в реальності повітря перемішується, як мінімум, вільною конвекцією під час нагрівання/охолодження від стінок. У підручнику ВНТУ для цього використали емпіричну формулу. Тому й число Нуссельта (=тепловіддача) збільшується у ~2 рази для 100 мм труб та у ~3 рази для 300 мм.

Можливо, ламінарний потік дуже зменшить енерговитрати на прокачування повітря. Звичайно, що це тільки розпаралелюванням можна зробити. Наприклад, для 25 м³/год достатньо 10 паралельних 32 мм водопровідних труб по 44.2 м у довжину, це десь 3000 грн.

Популярні онлайн-калькулятори для розрахунку фізичних властивостей речовин так і зроблені - шляхом поліномінальної регресії табличних даних. Самі табличні дані вони більш-менш точно відтворюють, а от те що між ними іноді геть погано.
Сподіваюся, ті формули ще десь знадобляться.

Коли закомітив на Gitlab, калькулятор одразу з'явився за тією ж адресою, де й інші. Посилання є також на сторінці проєкту.

Так, звичайно можна додати. Але поки в пріоритеті хоч трохи підвищити точність та розрахувати енерговитрати на прокачування.

 

Я глибоко дану тему не вивчав, але наскільки знаю, ламінарний потік математично більш простіше описати, і тільки з цієї причини, намагаються отримувати ламінарні потоки, бо теорія співпадає з практикою. А щодо турбулентних потоків, то там все ДУЖЕ складно (див. р-ня Навє-Стокса) і результати можуть бути не точні. Тобто, можливо треба шукати більш точні способи розрахунку не для ламінарного потоку, а для турбулентного...

 

У випадку з емпіричними формулами зі складністю все навпаки. Повторюся: "ламінарний" потік насправді ніякий не ламінарний, а "комбінований" або "змішаний" з вільною конвекцією.
Щодо точності у турбулентному режимі, то різниця на одиницю для Nu≈30 дає похибку довжини труби 3.3%. На цю тему є невелике дослідження 2017 року. Ось сам трохи порівняв:


А от у ламінарному режимі різниця числа Нуссельта у рази дасть похибку довжини труби також у рази.

Ще цікаво, що число Нуссельта не може бути менше 1 (тобто, теплопровідність теплового приграничного шару не може бути меншою за теплопровідність повітря). У формулі з книжки ВНТУ (с. 29) таке чомусь можливо.

 

Вчитався трохи у підручник івановського університету. Для змішаного ламінарного потоку там та ж формула, що й у підручнику ВНТУ (Міхєєва), але чистий ламінарний потік рахується за іншою формулою (Пєтухова). Тому претензій до них ніби немає.
Переробив калькулятор, щоб у перехідному режимі рахувало число Нуссельта як середнє між значеннями для ламінарного та турбулентного режимів. У цій методиці розрахунку автори підручника посилаються на "Солодов А.П. - Практикум по теплопередаче: учеб.пособие для вузов, 1986", яку в інтернеті не вдалося знайти.
Ще довелося домножити γ на 1.0364420351328019, щоб був ідеальний перехід на Re≈10000:


Вийшов ось такий гарний графік:


Тому з тепловіддачею поки все, треба рахувати енерговитрати. Можна було б згодом додати у калькулятор альтернативні способи розрахунку, але їх ще знайти треба. Також непогано було б враховувати різницю між пластиковими та металевими трубами, навіть якщо вона невелика.

 

Добре продумано, підтримую. То якої довжини трубу потрібно закопати, щоб нагрівати 25м3 повітря в годину з температури -25гр.С до +5гр.С?
Думаю ви вже бачили це відео, але для інтересу до теми добавлю ще і це відео:

 

Треба 35 м 100-ої труби або 19 м 50-ої або дві 32-гі труби по 12 м паралельно. Це якщо потрібен турбулентний потік.

Так, гідроізоляція важлива. Без неї стіни будуть постійно вологими, навіть якщо рівень ґрунтових вод низький. Думаю багатошарову робити, з використанням поліетилену, склеєного монтажною піною.

 

А чому не використати суцільну ? Відмотати скільки треба з бухти.
На таких невеликих глибинах вистачить і простих водопровідних.
Можна, звичайно і газову

 

Звичайно можна. Вже писав до цього

Мені доводилося працювати лише з 32-мм водопровідними. Наскільки складно буде ідеально вирівняти (щоб конденсат не затримувався) більший діаметр не можу сказати.

Ще непогано було б робити моделювання відбору тепла з ґрунту. Бо калькулятор рахує лише процеси всередині труб.
Або хоча б приймати, що труба відбирає тепло від ґрунту на площі по 0.5 м з кожного боку, а тепловіддача ґрунту 10 Вт/м².

 

Ще один розрив графіка виявив, при переході між чистим ламінарним режимом та змішаним.
Для 100 мм труби, кількість повітря 8.5 м³/год; tp1=-6.3 -> L=47.955 м, tp1=-6.4 -> L=28.68 м.
Для 50 мм труби щоб Ra>=800000 (змішаний потік) викликати треба температура на вході -66°C, а для 32 мм труби -164°C. Тобто, у ламінарному режимі для невеликих діаметрів завжди рахуватиме дуже наближено, Nu≈4.
Добре хоч на Re>5000 (турбулентний потік) це майже не впливає.
Спробувати порахувати по тій формулі Пєтухова (або іншій), чи що? Але ж формули з прямою залежністю від L/d якісь неадекватні.