Раздел 2. Расчет процессов конвективного

ТЕПЛООБМЕНА.

Формулировка задания и исходные данные для расчета

Трубопровод горячей воды проложен горизонтально по опорам над поверхностью земли. Наружный воздух с температурой t₂ и скоростью ветра w₂ обдувает трубопровод под углом атаки y. Температура горячей воды в трубопроводе t₁, скорость течения w₁.

1. Определить удельную потерю тепла от неизолированного трубопровода и снижение температуры горячей воды на длине трубопровода l=1000 м.

2. Определить требуемую толщину основного слоя изоляции (d₁=?) при нормативной удельной потере тепла q₀ и снижение температуры воды на длине трубопровода 1000 м. Изоляция двухслойная, основной слой - минераловатные плиты, наружный защитный слой - асбоцементная штукатурка, толщиной d₂.

Таблица 2 – Исходные данные

№№ п/п	Размеры трубы, мм	t1 °С	w1 м/с	№№ п/п	t2 °С	w2 м/с	y	q0 Вт/м
dнар	dст
		6,5		1,2		-18
				1,1		-20
				1,0		-22
				0,9		-24
				1,3		-26
				1,4		-28
				1,5		-30
				1,6		-32
				1,3		-25
				1,0		-35

Общие исходные данные: l₁=0,06+0,00019t, l₂=0,3 Вт/(м∙К), d₂=20мм, l_ст=42 Вт/(м∙К).

Последовательность выполнения задания

Исходные данные:

d_н= t₂=

d_ст = W₂=

t₁= l₁=

W₁= l₂=

l_ст = d₂=

y =

Часть

Удельный тепловой поток потерь теплоты на 1 погонный метр длины неизолированного трубопровода равен

где

,

- термические сопротивления при теплопередаче от воды к наружному воздуху через стенку трубы.

Снижение температуры горячей воды на длине трубопровода l, м, определяется выражением:

 

где - - расход воды в трубопроводе;

С₁ - теплоемкость воды в трубопроводе при ее начальной температуре

t = t₁, Дж/кг ∙К

ρ₁ – плотность воды при температуре t = t₁, кг/м³

 

 

Рисунок 3 - Эскиз расположения трубопровода и тепловой изоляции

на трубе

 

Коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней поверхности стенки трубы a₁ определяют по критериальному уравнению для турбулентного режима течения жидкости внутри трубы (при Rе>10⁴):

 

где -

критерии подобия Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля, соответственно;

- l, n, a - физические параметры воды, определяемые при ее температуре

t = t₁

Средний коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубы к воздуху при поперечном обтекании под углом атаки y определяют из критериального уравнения (при Re=1×10³-2×10⁵):

где Re, Pr, Nu - критерии подобия для воздуха, берутся по формулам указанным выше и определяются по скорости воздуха W₂, температуре t₂ и наружному диаметру трубы d_н.

При обтекании трубы под углом атаки y учитывается поправочный коэффициент e_y:

2 часть

Удельный тепловой поток потерь теплоты на 1 погонный метр длины изолированного трубопровода (многослойной цилиндрической

стенки) равен:

 

 

где

 

- термическое сопротивление 2-го наружного слоя изоляции,

 

 

- термическое сопротивление основного слоя изоляции,

- термическое сопротивление при теплоотдаче от

 

наружного слоя изоляции к воздуху.

Значения и принимаются такими же, как и в 1 части работы.

Первоначально необходимо выбрать предварительное значение наружного диаметра трубопровода d₂ с основным слоем теплоизоляции с определяемой толщиной δ₁ и наружным слоем с заданной толщиной δ₂ из следующего диапазона:

1,5 d_нар ≤ d₂ ≤ 2,5 d_нар

 

После этого необходимо произвести расчет значений R_λ1 и R_λ2, приняв

d₁ = d₂ - 2δ₂.

Расчет значения коэффициента теплопроводности основного слоя

изоляции произвести при среднем значении температуры

Коэффициент теплоотдачи α₂ рассчитывается аналогично, как и при отсутствии теплоизоляции, в качестве основного размера принимается наружный диаметр изолированного трубопровода d₂.

После расчета значения плотности теплового потока потерь q_2п производится проверка соответствия полученного значения следующему

диапазону:

0,8q₀ ≤ q_2п ≤ q₀.

В случае выхода рассчитанного значения за пределы данного диапазона необходимо изменить предварительное значение d₂ (не ограничиваясь предложенным диапазоном значений), после чего повторить заново расчет всех значений. Данный расчет необходимо проводить до получения искомого результата, т.е соответствия значений q_2п указанному диапазону.

Для облегчения всех расчетов рекомендуется воспользоваться

программой Microsoft Excell.

Окончательное значение толщины слоя основной теплоизоляции

определить из выражения: δ₁ =0,5(d₁ – d_н)