Основные математические принципы моделирования теплообмена уходящих газов в котлах КВГМ
Автор: Тимченко Б.Е.
Журнал: Форум молодых ученых @forum-nauka
Статья в выпуске: 1 (113), 2026 года.
Бесплатный доступ
Математическая модель теплообмена уходящих газов в котлах типа КВГМ базируется на законах сохранения массы, импульса и энергии для потока продуктов сгорания, при этом центральное место занимает уравнение сохранения энергии - именно оно определяет температурный уровень дымовых газов на выходе из котла и величину тепловых потерь. Модель учитывает два ключевых механизма теплопередачи - конвективный (описываемый законом Ньютона-Рихмана с коэффициентом теплоотдачи, вычисляемым через критерии Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля) и радиационный (рассчитываемый по закону Стефана-Больцмана с учётом эффективной излучательной способности газов). Теплофизические свойства дымовых газов (теплоёмкость, теплопроводность, плотность) рассматриваются как функции температуры и компонентного состава (CO₂, H₂O, N₂, O₂), что повышает точность расчётов. Для практической реализации приняты упрощающие допущения (стационарность, одномерность потока, полное горение), а заданные граничные условия (температуры газов и теплоносителя, температура окружающей среды) позволяют рассчитать распределение температуры по газовому тракту, температуру на выходе и тепловые потери, что даёт основу для оптимизации режимов работы котла без изменения его конструкции.
Водогрейный котел, дымовые газы, математическая модель, теплообмен, тепловые потери
Короткий адрес: https://sciup.org/140315389
IDR: 140315389 | УДК: 621.311 | DOI: 10.24412/2500-4050-2026-1113-148-153
Basic mathematical principles of modeling the heat exchange of exhaust gases in KVGm boilers
The mathematical model of heat exchange of exhaust gases in KVGM-type boilers is based on the laws of conservation of mass, momentum, and energy for the flow of combustion products moving through the boiler gas ducts and transferring heat to the heating surfaces. The energy conservation equation takes center stage - it determines the temperature level of flue gases at the boiler outlet and the amount of heat losses. The model accounts for two key heat transfer mechanisms: convective (described by Newton-Rikhman’s law, with the heat transfer coefficient calculated via the Nusselt, Reynolds, and Prandtl criteria) and radiative (calculated using the Stefan-Boltzmann law, taking into account the effective emissivity of the gases). Thermophysical properties of flue gases (specific heat capacity, thermal conductivity, density) are treated as functions of temperature and component composition (CO₂, H₂O, N₂, O₂), which improves calculation accuracy. For practical implementation, simplifying assumptions are adopted (steady-state operation, one-dimensional flow, complete combustion), and given boundary conditions (temperatures of gases and heat-transfer fluid, ambient temperature) allow calculating the temperature distribution along the gas duct, the outlet temperature, and heat losses - providing a basis for optimizing boiler operation modes without altering its design.
