Theoretical analysis of temperature rising for chilled water in the long distance transport pipelines in coal mine

• Autorzy: Yudong Qi , Weimin Cheng , Song Xin

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2019.131066

Warianty tytułu

PL

Analiza teoretyczna wzrostu temperatur ochłodzonej wody w transporcie rurociągami na duże odległości w kopalniach węgla

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In order to provide sufficient cooling capacity for working and heading faces of the coal mine, chilled water is often transported a long distance along pipelines in deep mine, which inevitably results in its temperature rising owing to heat transfer through pipe wall and the friction heat for flow resistance. Through theoretical models for temperature increasing of the chilled water were built. It is pointed out that the temperature rising of the chilled water should be considered as a result of the synergy effects of the heat transfer and the friction heat, but theoretical analysis shows that within engineering permitting error range, the temperature increasing can be regarded as the sum caused by heat transfer and fraction heat respectively, and the calculation is simplified. The calculation analysis of the above two methods was made by taking two type of pipe whose diameters are De273 × 7 mm and De377 × 10 mm, with 15 km length in coal mine as an example, which shows that the error between the two methods is not over 0.04°C within the allowable error range. Aims at the commonly used chilled water diameter pipe, it is proposed that if the specific frictional head loss is limited between 100 Pa/m and 400 Pa/m, the proportion of the frictional temperature rising is about 24%~81% of the total, and it will increase with high flow velocity and the thin of the pipe. As a result, the friction temperature rising must not be ignored and should be paid enough attention in calculation of the chilled water temperature rising along pipe.

PL

W celu zapewnienia odpowiedniego chłodzenia dla urządzeń górniczych wykorzystywanych do prac wydobywczych i urządzeń do drążenia tuneli w kopalni konieczny jest transport ochłodzonej wody rurociągami, nierzadko na znaczne odległości w obrębie kopalni podziemnej. Transport rurociągami nieuchronnie prowadzi do wzrostu temperatury wody wskutek wymiany ciepła poprzez ścianki rurociągu i wskutek tarcia związanego z oporem przepływu. Opracowane zostały modele teoretyczne wzrostu temperatury wody ochładzanej; na ich podstawie wskazano, że wzrost temperatury wody rozpatrywać należy jako oddziaływanie efektu synergii pomiędzy wymianą ciepła i ciepłem tarcia. Analiza teoretyczna wykazuje jednak, że przy poziomie błędu dopuszczalnego w praktyce inżynierskiej, wzrost temperatury wody traktować można jako zwykłą sumę wpływu wymiany ciepła i ciepła tarcia, tym samym znacznie upraszczając procedurę obliczeniową. Weryfikację wyników obliczeń otrzymanych w oparciu o dwie wymienione metody prze-prowadzono poprzez zbadanie przepływu wody w kopalni węgla, rurociągiem o długości 15 km złożonym z dwóch rodzajów rur, o wymiarach De 273 × 7 mm i De 377 × 10 mm. Wykazano, że różnica wyników uzyskanych dla obydwu metod nie przekraczała 0.04°C, przy założonym dopuszczalnym poziomie błędu. W odniesieniu do typowych rodzajów rur używanych do przesyłania wody ochłodzonej proponuje się ograniczenie dopuszczalnego spadku ciśnienia w przewodzie w granicach 100 Pa/m-400 Pa/m. Udział wzrostu temperatury wskutek oddziaływania sił tarcia waha się w granicach 24%-81% i rośnie wraz ze wzrostem prędkości przepływu i ze zmniejszaniem grubości ścianek rury. Jest więc rzeczą oczywistą, że wzrost temperatury wody wskutek oddziaływania sił tarcia nie może być pomijany i winien zostać odpowiednio uwzględniony przy obliczeniach wzrostu temperatury wody w rurociągu.

Słowa kluczowe

EN

heat transfer; friction heat; model; theoretical analysis

PL

wymiana ciepła; ciepło tarcia; model; analiza teoretyczna

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, no. 4
• Strony: 785--796
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Yudong Qi

• Shandong Provincial Key Laboratory of Civil Engineering Disaster Prevention and Mitigation, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, Shandong, China

autor

Weimin Cheng

• Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, Shandong, China

autor

Song Xin

• Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, Shandong, China

Bibliografia

• [1] Bar N., Ba ndyopadhyay T.K., Biswas M.N., Das S.K., 2010. Prediction of pressure drop using artificial neural network for non-Newtonian liquid flow through piping components. Journal of Petroleum Science and Engineering 71, 187-194.
• [2] Chu Z., Ji J., Zhang X. et al., 2016. Development of ZL400 mine cooling unit using semi-hermetic screw compressor and its application on local air conditioning in underground long-wall face. Archives of Mining Sciences 61, 949-966.
• [3] Chan A.L.S ., Hanby V.I., Chow T.T., 2007. Optimization of distribution piping network in district cooling system using genetic algorithm with local search. Energy Conversion and Management 48, 2622-2629.
• [4] Petitjean R., 1994. Total Hydronic Balancing: A handbook for design and troubleshooting of hydronic HVAC systems. Sweden: Tour & Andersson AB in Ljung, Sweden.
• [5] Chandel S. , Misal R.D., Beka Y.G., 2012. Convective Heat Transfer through Thick-Walled Pipe. Procedia Engineering 38, 405-411.
• [6] Dalla Rosa A., Li H., Svendsen S., 2011. Method for optimal design of pipes for low-energy district heating, with focus on heat losses. Energy 36, 2407-2418.
• [7] Henze G.P. , Floss A.G., 2011. Evaluation of temperature degradation in hydraulic flow networks. Energy and Buildings 43, 1820-1828.
• [8] Jie P., Ti an Z., Yuan S., Zhu N., 2012. Modeling the dynamic characteristics of a district heating network. Energy 39, 126-134.
• [9] Li H., Sve ndsen S., 2012. Energy and exergy analysis of low temperature district heating network. Energy 45, 237-246.
• [10] Lin F., Yi J., Weixing Y., Xuzhong Q., 2001. Influence of supply and return water temperatures on the energy consumption of a district cooling system. Applied Thermal Engineering, 511-521.
• [11] Lu Yaoqing, 2008. Design manual for heating and air conditioning (2nd). China Architecture & Building Press, Beijing China, 678-682.
• [12] Petitjean R., 1994. Total Hydronic Balancing: A handbook for design and troubleshooting of hydronic HVAC system. Tour & Andersson AB in Ljung, Sweden, 28-30.
• [13] Pirouti M. , Bagdanavicius A., Ekanayake J., Wu J., Jenkins N., 2013. Energy consumption and economic analyses of a district heating network. Energy 57, 149-159.
• [14] Qi Yudong, 2010. Research of Energy Efficiency Test And Diagnosis For Thermal Disaster Mine With Ice Cooling. Master Dissertation of Shandong University of Science and Technology, China, 3-4.
• [15] Wojciechowski J., 2013. Application of the GMC-1000 and GMC-2000 mine cooling units for central air-conditioning in underground mines. Arch. Min. Sci. 58, 1, 199-216.
• [16] Prosperett i A., 2011. Advanced Mathematics for Applications. UK: Cambridge University Press.
• [17] Szlązak N., Obracaj D., Swolkień J. et al., 2016. Controlling the distribution of cold water in air cooling systems of underground mines. Archives of Mining Sciences 61, 793-807.
• [18] Rawlins C.A. , 2007. Mine cooling and insulation of chilled water transport pipes. Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy 107, 681-688.
• [19] Rishel J., D urkin T., Kincaid B., 2006. HVAC Pump Handbook. McGraw-Hill, 58-62.
• [20] Cygankiewicz J.J., Knechtel J., 2014. The effect of temperature of rocks on microclimatic conditions in long gate roads and galleries in coal mines. Archives of Mining Sciences 59, 189-216.
• [21] Söderman J., 2007. Optimisation of structure and operation of district cooling networks in urban regions. Applied Thermal Engineering 27, 2665-2676.
• [22] Tol H.İ., Sve ndsen S., 2012. Improving the dimensioning of piping networks and network layouts in low-energy district heating systems connected to low-energy buildings: A case study in Roskilde, Denmark. Energy 38, 276-290.
• [23] Yang Deyuan, Yang Tianhong, 2009. Thermal Environment in Mine and its Control. Metallurgical Industry Press. Beijing China, 8-10.
• [24] Zhu Yingxin, Wang Gang, Jiang Yi., 2008. Energy consumption analysis of district cooling systems. Heating Ventilation & Air Conditioning 38 (1), 36-40 (China).

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020)