ПЗ Тепломассообмен ТГВ834.1 Капустин А.С.. Тепломассообмен

• Название: Тепломассообмен
• Дата: 29.10.2021
• Размер: 0.88 Mb.
• Имя файла: ПЗ Тепломассообмен ТГВ834.1 Капустин А.С..docx
• Тип: Документы; #259224
• страница: 3 из 4

4. Теплотехнический расчет трубопровода



Рис.9 Конструкция №3 трубопровод с утеплителем

Цель расчета – определить необходимую толщину тепловой изоляции из

2.1 Характеристика трубопровода: труба стальная Ø 219х9,5 мм, λ = 58 ;

2.2 Утеплитель 1: Пенополиуритан λ = 0.041 ; ρ = 80 кг/ м³;;

2.3 Утеплитель 2: Rockwool λ = 0,035 ; ρ = 40-60 кг/ м³;

2.4 Температура теплоносителя – 150 ℃;

2.5 Температура на наружной поверхности изоляции α_н= 20 ;

2.6 Температура на внутренней поверхности трубопровода α_в = 600 ;

2.7 Температура на наружной поверхности утеплителя t_пов1 = 0℃; t_пов2=12℃;

Расчет выполняем из условия стационарного режима теплообмена в направлении от внутренней к наружной среде т.е

q₁+q₂+q₃+q₄=const;

где q₁ – тепловой поток от теплоносителя к внутренней стенке;

q₂ – тепловой поток от внутренней стенке трубы к наружной стенке трубы (внутренней стенки тепловой изоляции);

q₃–тепловой поток от внутренней поверхности тепловой изоляции к наружной поверхности тепловой изоляции;

q₄ – тепловой поток от наружной поверхности тепловой изоляции к наружному воздуху.

Согласно уравнению Ньютона-Рихмана:

q₄ = α_н ∙ (t_пов + t_н),

где α_н – коэффициент теплоотдачи на внешней (наружной) поверхности тепловой изоляции,

α_н = 20 ;

- коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности тепловой изоляции,

α_в= 600 ;

t_пов - температура наружной поверхности тепловой изоляции ,℃;

t_н – температура наружного воздуха, t_н= - 27℃;

1. 
   При температуре на поверхности изоляции t_пов = 0℃;
   

q₄= 20 ∙ (0 - (-27)) = 540 ;

q₁ + q₂ + q₃ + q₄ = 540 ;

2. 
   При температуре на поверхности изоляции t_пов = 12℃;
   

q₄ = 20 ∙ (12 - (-27)) = 780 ;

q₁ + q₂ + q₃ + q₄ = 780 ;

С другой стороны для цилиндрической стенки:

q₄ =

где – линейное сопротивление теплопередаче , ;

Для многослойной цилиндрической стенки сопротивление теплопередаче определяют как сумму сопротивлений всех слоев.

=

Для двуслойной цилиндрической стенки (труба + утеплитель):

=

Неизвестной величиной является значение , которую определяем методом подбора.

Определим коэффициент теплопередачи К:

К = ,

4.1 Расчет для температуры на поверхности изоляции t_пов1= 0℃;

Для пенополиуритана:

(Во всех каталогах толщина пенополиуритановой скорлупы начинается с 30 мм.)

- Зададимся толщиной δ_из= 30 мм, тогда = 0,2190 + 0,030 ∙ 2 = 0,279 м;

Тогда линейное сопротивление теплопередаче:

= = 1,46 ;

q₄= = 137,39 ;

Определим коэффициент теплопередачи К:

К = ,

К = = 0,68 ;

4.2 Определение значений температур в характерных сечениях трубы с теплоизоляцией

пенополиуретан, t_х с построением графика учитывая = 1,46 ; 30 мм;

t_х= t_в- (t_в-t_н), ⁰С, где

- сопротивление теплопередаче от воздуха помещения до характерного сечения «Х» в ограждении.

Сечение 1-1:

= = ;

t_х= t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙ (150 – (-27)) = 149,67℃;

Сечение 2-2:

= 0,003 ;;

t_х= t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙ (150 – (-27)) = 149,63 ℃;

Сечение 3-3:

= 0,893 ;

t_х= t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙ (150 – (-27)) = 41,74 ℃;
Сечение 4-4:

= = 1,46 ;

t_х= t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙ (150 – (-27))= - 27 ℃;

При полученных данных строим график Рис.14

Рис.14 График распределение температур в характерных сечениях трубопровода утепленной пенополиуританом при температуре наружной поверхности утеплителя 0℃, учитывая

= 1.46 ; 30 мм;



4.3 Расчет для температуры на поверхности изоляции t_пов2 = + 12℃;

Для пенополиуритана:

- - Зададимся толщиной δ_из= 30 мм, тогда = 0,2190 + 0,030 ∙ 2 = 0,279 м;

Тогда линейное сопротивление теплопередаче:

= = 1,46 ;

q₄= = 137,39 ;

Определим коэффициент теплопередачи К:

К = ,

К = = 0,68 ;

4.4 Расчет для температуры на поверхности изоляции t_пов1= 0℃;

Для теплоизоляции Rockwool λ = 0,035 ; ρ = 40-60 кг/ м³;:

- Зададимся толщиной δ_из= 8 мм, тогда = 0,219 + 0,008 ∙ 2 = 0,235 м;

Тогда линейное сопротивление теплопередаче:

= = 0,39 ;

q₄= = 613 ;

Расхождение составит 540 - 613 = -73 ;

- Зададимся толщиной δ_из= 10 мм, тогда = 0,219 + 0,01 ∙ 2 = 0,239 м;

Тогда линейное сопротивление теплопередаче:

= = 0,47 ;

q₄ = = 505 ;

Расхождение составит 540 – 505 = 35 ;

Интерполируя, получим необходимую(требуемую) толщину тепловой изоляции:

= = 9,35 мм;

Тогда для заданных условий диаметр трубы с учетом слоя теплоизоляции Rockwool

= 0,219 + 0,00935 ∙ 2 = 0,238 м;

Требуемое сопротивления теплопередаче трубы с теплоизоляцией Rockwool

= =
= 0,44 ;

q₄ = = 536 ≈ 540 ;

По каталогу принимаем = 10 мм, тогда = 0,219 + 0,010 ∙ 2 = 0,238 м;

Фактическое сопротивления теплопередаче трубы с теплоизоляцией Rockwool:

= = 0,47 ;

q₄ = = 505 ;

Определим коэффициент теплопередачи К:

К = ,

К = = 2,1,

4.2 Определение значений температур в характерных сечениях трубы с теплоизоляцией

Пенофол фольгированный,t_хс построением графика учитывая = 0,44 ; 9,35 мм;

t_х= t_в- (t_в-t_н), ⁰С, где

- сопротивление теплопередаче от воздуха помещения до характерного сечения «Х» в ограждении.

Сечение 1-1:

= = ;

t_х= t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙ (150 – (-27)) = 148,93℃;

Сечение 2-2:

= 0,003 ;;

t_х= t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙ (150 – (-27)) = 148,79℃;

Сечение 3-3:

= 0,38 ;;

t_х= t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙ (150 – (-27)) = -4,1 ℃;

Сечение 4-4:

=

0,44 ;;

t_х= t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙ (150 – (-27)) = - 27℃;



При полученных данных строим график Рис.10
Рис.10 График распределение температур в характерных сечениях трубопровода утепленной Rockwool при температуре наружной поверхности утеплителя 10℃,учитывая =0,44 ; 9,35 мм;

3. 
   Определение значений температур в характерных сечениях трубы с теплоизоляцией Rockwool,t_хс построением графика учитывая = 0,47 ; 10 мм;
   

t_х= t_в- (t_в-t_н), ⁰С, где

- сопротивление теплопередаче от воздуха помещения до характерного сечения «Х» в ограждении.

Сечение 1-1:

= = ;

t_х= t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙ (150 – (-27)) = 148,98℃;
Сечение 2-2:

= 0,0029 ;;

t_х= t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙ (150 – (-27)) = 148,91℃;

Сечение 3-3:

= 0,4 ;;

t_х=t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙ (150 – (-27)) = 0,63 ℃;

Сечение 4-4:

= 0,47 ;;

t_х= t_в- (t_в-t_н) = 150 - ∙(150 – (-27)) = - 27℃;



При полученных данных строим график Рис.11

Рис.11 График распределение температур в характерных сечениях трубопровода утепленной Rockwool при температуре наружной поверхности утеплителя 0℃, учитывая = 0,47 ; 10 мм;

4.4 Расчет для температуры на поверхности изоляции t_пов1= + 12℃;