Thermo-hydraulic finite element modelling of district heating network bY the uncoupled approach

Abstract

The modelling of uncoupled fluid flow and heat transfer problems of a district heating network using the finite element method (FEM) is presented. Since the standard thermo-hydraulic pipe elements cannot be directly used for modelling insulation, the main attention was paid to discretisation of multilayered structure of pipes and surrounding by one-dimensional thermal elements. In addition, validity of the finite element method was verified numerically by solving fluid flow and heat transfer problems in district heating pipelines. Verification analysis involves standard single pipe problems and simulation of fragment of district heating in Vilnius. Pressure and temperature results obtained by finite element method are compared with those by other approaches.

Nagrinėjamas nesusieto skysčio tekėjimo ir šilumos penešimo magistraliniuose šilumos tinkluose modeliavimas baigtinių elementų metodu. Standartiniai termohidrauliniai vamzdžio elementai nėra tiesiogiai pritaikyti sluoksniuotai šilumos vamzdžių konstrukcijai modeliuoti, todėl pagrindinis darbo akcentas buvo suteiktas daugiasluoksnės vamzdžio konstrukcijos kartu su ją supančia terpe diskretizacijai vienmačiais temperatūriniais elementais. Elementų tinkamumas tikrinamas sprendžiant hidraulinės ir šiluminės analizės uždavinius. Tikrinamieji skaičiavimai atlikti atskiram vamzdžiui ir Vilniaus šilumos tinklų fragmentui. Gauti slėgio ir temperatūriniai laukai lyginami su rezultatais, gautais kitais metodais.