Теплофикация и тепловые сети. И тепловые

• Название: И тепловые
• Анкор: Теплофикация и тепловые сети
• Дата: 27.03.2022
• Размер: 2.4 Mb.
• Имя файла: Теплофикация и тепловые сети.docx
• Тип: Учебник; #420164
• страница: 64 из 101

^Т//?и1 ^{+ Г}0^/(^/?и2 ^{+ R}h>

1/«„i + 1/(/?„2 + *h)


(10.17)


Температурное поле надземного теп­лопровода. Расчет температурного поля те­плопровода проводится на основании урав­нения теплового баланса. При этом исходят из условия, что при установившемся тепло­вом состоянии количество теплоты, проте­кающей от теплоносителя к концентриче­ской цилиндрической поверхности, прохо­дящей через любую точку поля, равно коли­честву теплоты, уходящей от этой концен­трической поверхности к наружной среде.

Определим температуру поверхности изоляции. Количество теплоты, подведенной от теплоносителя к поверхности изоляции, равно количеству теплоты, отведенной от по­верхности изоляции к наружному воздуху:


где Я_и], Я_и2 — термические сопротивления первого и второго слоев изоляции; R_H — то же ее наружной поверхности.

Термическое сопротивление грунта. В подземных теплопроводах в качестве од­ного из последовательно включенных тер­мических сопротивлений участвует сопро­тивление грунта.

При подсчете тепловых потерь за тем­пературу окружающей среды t₀ принима­ют, как правило, естественную температу­ру грунта на глубине заложения оси тепло­провода.

Только при малых глубинах заложения оси теплопровода (h/d < 2) за температуру окружающей среды принимают естествен­ную температуру поверхности грунта.

Термическое сопротивление грунта мо­жет быть определено по формуле Форхгей- мера(рис. 10.1)


Л_гп = In ^ГР 2пХ_{гр L}


2* ₊ |^-1


, (10.18)


откуда


R„


R,


^x/R„ ^{+ t}o^/R»


(10.16)


Аналогично вычисляется температура любого промежуточного слоя изоляции. Определим температуру наружной поверх­ности первого слоя двухслойной тепловой


Рис. 10.1. Схема однотрубного бесканального теплопровода

где л_гр — теплопроводность грунта; h ■— глубина заложения оси теплопровода; d — диаметр теплопровода.

При укладке подземных теплопроводов в каналах, имеющих форму, отличную от цилиндрической, в (10.18) вместо диаметра подставляют эквивалентный диаметр

d=4F/n, (10.19)

2

где F — площадь сечения канала, м ; П — периметр канала, м.

В тех случаях, когда /г/с/ > 2, формулу Форхгеймера можно упростить, принимая с некоторым приближением радикал равным 2hld. При этом допущении

₌ ln(4t/J) ₍₁о.2о)

^Р

Теплопроводность грунта Х_гр зависит главным образом от его влажности и тем­пературы.

При температурах грунта /₀ = 10—40 °C теплопроводность грунта средней влажно­сти лежит в пределах 1,2—2,5 Вт/(м • К) или 1,05—2,15 ккал/(м • ч • °C).

При малой глубине заложения подзем­ного теплопровода (/г /d < 2) температура поверхности грунта над теплопроводом мо­жет существенно отличаться от естествен­ной температуры поверхности грунта. Во избежание ошибок подсчет теплопотерь проводят по температуре наружного возду­ха. В этом случае термическое сопротивле­ние грунта (10.18) определяют не по дейст­вительной, а по приведенной глубине зало­жения оси теплопровода

h„ = h + h^, (10.21)

где Лф — толщина фиктивного слоя грунта, м; h — действительная глубина заложения оси теплопровода, м;

/гф^Х^/а, (10.22)

а — коэффициент теплоотдачи на поверх­ности грунта.

Фиктивный слой имеет сопротивленг равное сопротивлению поверхности.

2. 
   МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА
   

По характеру теплового расчета следу различать одно- и многотрубные подзе ные теплопроводы. В однотрубных тепл проводах все термические сопротивлен включены последовательно. В многотру ных теплопроводах все термические сопр тивления включены параллельно друг др гу и последовательно к цепи канал — груг

Однотрубный теплопровод. При бесг нальной прокладке термическое сопротг ление теплопровода представляет соб сумму двух слагаемых — сопротивлен слоя изоляции и сопротивления грун (см. рис. 10.1):

Д=Д_и + /?_гр. (10.2

При наличии воздушной прослойки м жду изолированным трубопроводом и сте кой канала термическое сопротивление те лопровода определяется как сумма пост довательно соединенных сопротивлен: (рис. 10.2):

R = Я_и + /?„ + /?„ к ^{+ л}к ^{+ л}гр> (¹⁰-² где /?_и, R_H, /?_{п к}, R_K, R_rp — сопротивление с ответственно слоя изоляции, наружной п верхности изоляции, внутренней поверхн сти канала, стенок канала, грунта.

Определим температуру воздуха в каг ле однотрубного теплопровода. Состав! уравнение теплового баланса. Количест

теплоты, подведенной от теплоносителя к каналу, равно количеству теплоты, отве­денной из канала в грунт:

т - Л,

^R4K ^{+ R}K ^{+ Л}гр

откуда где t_K — температура воздуха в канале.

При изменении температуры теплоноси­

теля на di температура в канале изменяется на d/_K.

Из (10.25) следует, что

^Йпк ^{+ Л}к⁺ *гр

Изменение температуры теплоносите­ля вызывает тем меньшее изменение тем­пературы воздуха в канале, чем больше термическое сопротивление изоляционной конструкции (/?_и + Я_и) и чем меньше тер­мическое сопротивление канала и грунта (/?_{п к} + R_K + Л_гр). При (Л_и + Л_и) = оо _K = 0; при (Л_и + Л_н) = 0 d/_K = dr.

Многотрубный теплопровод. Если не­сколько трубопроводов проложены в общем канале, то тепловой поток (тепловые поте­ри) от каждого из них поступают в канал, а затем обший тепловой поток отводится через стенки канала и грунт в наружную среду.

Задача теплового расчета многотрубно­го теплопровода в канале сводится в первую очередь к нахождению температуры возду­ха в канале. Зная температуру воздуха в ка­нале, можно определить теплопотерю каж­дого трубопровода по общим правилам теп­лового расчета трубопроводов, окружен­ных воздухом.

Температура воздуха в канале определя­ется по уравнению теплового баланса. При установившемся тепловом состоянии коли­чество теплоты, подводимой от трубопро­водов к воздушной прослойке канала, равно количеству теплоты, отводимой от воздуш­ной прослойки через стенки канала и мас­сив грунта в окружающую среду.

Выведем основные расчетные уравнения для многотрубного теплопровода в канале. В подземном канале проложено п трубопро­водов, термические сопротивления изоляци­онной конструкции (слоя и наружной по­верхности изоляции) каждого из теплопро­водов соответственно равны R_t, R₂, ..., R_n, а температуры теплоносителя в каждом из трубопроводов т|, т₂,..., т„.

Суммарное термическое сопротивление внутренней поверхности канала, стенок ка­нала и грунта Л_к._о = Л_{п к} + R_K + /?_гр.

Температура грунта на глубине заложе­ния оси теплопровода равна z₀. Обозначив искомую температуру воздуха в канале через z_K, напишем уравнение теплового баланса

^Т1

\ _| ^Т2 - _'к-'0

^R\ ^R2 ^Rn ^Rk-Q

откуда температура воздуха в канале мно- готрубного теплопровода

^x\^/R\ ^{+ X}2^/R2⁺- ^{+ T}H^/Rn^+t0^/RK-0

!//?,+ ! /R₂+...+1 /R_n+ 1 /Л_к._о

Зная температуру воздуха в канале, легко найти теплопотери каждого трубопровода.

Изменение температуры любого тепло­носителя (например, Т0 на di, вызывает из­менение температуры в канале на

(10.29)

'2 "л "к-0"

Значение dz_K тем меньше, чем больше те­пловое сопротивление R_l и чем меньше теп­ловое сопротивление изоляционных конст-

рукций остальных трубопроводов и канала. При /?| = оо d/_K = 0; при R_} = °° d/_K = dtp

Расчет теплопотерь многотрубного бес- канального теплопровода может быть про­веден по методу, разработанному Е.П. Шу­биным [148, 149]. Взаимное влияние сосед­них труб учитывается условным дополни­тельным сопротивлением R_o. При двух­трубном теплопроводе условное дополни­тельное сопротивление (рис. 10.3)

R_o = —±—\nJTT(2h/b')², (10.30) 2лХп,

где h — глубина заложения оси теплопрово­да от поверхности земли; Ь — расстояние по горизонтали между осями труб.

Теплопотери двухтрубного бесканаль- ного теплопровода рассчитываются по сле­дующим формулам:

теплопотери первой трубы

(Т| ?₀)Л₂ (^т2 'о^о

Ях = ;

/? |/?₂ ^_

теплопотери второй трубы

_{qi =} ■

/?|Л₂ *0

где Tj и т₂ — температуры теплоносителя в первой и второй трубах; /₀ — естествен­ная температура грунта на глубине оси теп­лопровода; /?| — суммарное термическое сопротивление изоляции первой трубы и грунта: = /?_и| + /?_гр; /?₂ — суммарное тер­мическое сопротивление изоляции второй трубы и грунта: R₂ = Л_и2 + Л_гр.

Температурное поле в грунте вокруг од­нотрубного бесканального теплопровода рассчитывается по формуле [148] где t — температура любой точки грунта, удаленной на расстояние* от вертикальной плоскости, проходящей через ось теплопро­вода, и на расстояние у от поверхности грунта, °C (см. рис. 10.1); т — температура теплоносителя, °C; R — суммарное терми­ческое сопротивление тепловой изоляции и грунта.

Температурное поле в грунте вокруг двухтрубного бесканального теплопровода вычисляется по формуле [148]

1х² + (у + /г)²

, *² + (у -/г)²


[(* - b)² + {у + h)²

'гр \ (* - Ь) + (у - h) где t — температура любой точки грунта, удаленной на расстояние х от вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы с более высокой температурой теплоносителя (в двухтрубных водяных сетях — через ось подающей трубы), и на расстояние^ от по­верхности грунта, °C (см. рис. 10.3).

Расчет температурного поля в грунте во­круг теплопровода в канале с воздушным за­зором может проводиться по (10.33). В этом случае под т следует понимать температуру воздуха в канале, а под R — суммарное тер­мическое сопротивление внутренней по­верхности, стенок канала и грунта.

3.