Министерство образования Российской федерации
Иркутский Государственный Технический Университет
Энергетический факультет
Кафедра теплоэнергетики
Контрольная работа №2
«Определение тепловых потерь теплоизолированного трубопровода»
Иркутск 2009
Задание:
По горизонтальному стальному трубопроводу, внутренний и наружный диаметры которого и соответственно, движется вода со средней скоростью . Средняя температура воды . Трубопровод покрыт теплоизоляцией и охлаждается посредством естественной конвекции сухим воздухом с температурой .
Выполнить следующие действия:
1. определить наружный диаметр изоляции, при котором на внешней поверхности изоляции устанавливается температура .
2. определить линейный коэффициент теплопередачи от воды к воздуху, Вт/(мК)
3. потери теплоты с 1 м. трубопровода , Вт/м
4. определить температуру наружной поверхности стального трубопровода ,°С
5. провести анализ пригодности изоляции.
При решении задачи принять следующие предложения:
1. течение воды в трубопроводе является термически стабилизированным
2. между наружной поверхностью стального трубопровода и внутренней поверхностью изоляции существует идеальный тепловой контакт
3. теплопроводность стали Вт/(мК) и изоляции не зависит от температуры.
Наружный диаметр изоляции должен быть рассчитан с такой точностью, чтобы температура на наружной поверхности изоляции отличалась от заданной температуры не более чем на 0,5 °С.
Алгоритм выполнения:
Определяем:
- теплофизические параметры воды при
- теплофизические параметры воздуха при
полагаем
Определяем:
- теплофизические параметры среды при
- коэффициент теплоотдачи
- коэффициент теплоотдачи
-
-
-
-
Если переход на следующий уровень
Если то конец
Исходные данные:
|
|
,м
|
,м
|
,м/с
|
,°С
|
,°С
|
,°С
|
Асбозурит , Вт/(мК)
|
|
|
0,02
|
0,025
|
0,05
|
100
|
20
|
40
|
0,213
|
|
|
Обработка данных:
Теплофизические параметры воды при =100,°С:
|
|
, Вт/(мК)
|
, Пас
|
, м2/с
|
Pr
|
|
|
68,310-2
|
283,510-6
|
0,29510-6
|
1,75
|
|
|
Теплофизические параметры воздуха при =20,°С:
|
|
, Вт/(мК)
|
, Пас
|
, м2/с
|
Pr
|
|
|
2,5910-2
|
18,110-6
|
15,0610-6
|
0,703
|
|
|
Полагаем, что
Первое приближение:
Теплофизические параметры воды при =100,°С:
|
|
, Вт/(мК)
|
, Пас
|
, м2/с
|
Pr
|
|
|
68,310-2
|
283,510-6
|
0,29510-6
|
1,75
|
|
|
Определяем число Рейнольдса:
- переходный режим течения.
Отсюда Число Нуссельта:
Число Грасгофа:
Коэффициент объемного расширения:
Коэффициент теплоотдачи:
Второе приближение:
Теплофизические параметры воды при =98,476,°С:
|
|
, Вт/(мК)
|
, Пас
|
, м2/с
|
Pr
|
|
|
68,25410-2
|
287,43710-6
|
0,30010-6
|
1,78
|
|
|
Определяем число Рейнольдса:
- переходный режим течения.
Отсюда Число Нуссельта:
Число Грасгофа:
Коэффициент объемного расширения:
Коэффициент теплоотдачи:
Третье приближение:
Теплофизические параметры воды при =98,611,°С:
|
|
, Вт/(мК)
|
, Пас
|
, м2/с
|
Pr
|
|
|
68,25810-2
|
28710-6
|
0,299310-6
|
1,778
|
|
|
Определяем число Рейнольдса:
- переходный режим течения.
Отсюда Число Нуссельта:
Число Грасгофа:
Коэффициент объемного расширения:
Коэффициент теплоотдачи:
Таблица расчетных данных:
|
|
Приближение
|
|
,
|
|
|
|
|
|
Первое
|
0,133
|
0,194
|
48,733
|
98,476
|
|
|
|
Второе
|
0,154
|
0,1764
|
44,31
|
98,611
|
|
|
|
Третье
|
0,155
|
0,1717
|
43,131
|
98,649
|
98,618
|
|
|
Анализ пригодности изоляции:
Сравним
0,09627>0,025
Отсюда делаем вывод, изоляция плохая.
Вывод:
Методом приближений определили наружный диаметр изоляции при условии, что температура на наружной поверхности изоляции отличалась от заданной температуры не более чем на 0,5 .
В данной работе мы определили диаметр изоляции так, что точность между температурами приблизительно 0,1 °С, при этом толщина изоляции из асбозурита равна примерно 6,75 см, а тепловые потери равны 43,131.
|
