2.1.2. Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу

Задаємось температурою поверхні ізоляції:

t_із⁽¹⁾=(3...15) +t_пов , (36)

де t_пов - температура повітря, °С.

Приймаємо t_із⁽¹⁾ = 8+6=14 °С.

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції:

Q_із=Q_пр+Q_к, (37)

де Q_пр - втрати тепла променевим теплообміном, Вт; Q_к - втрати тепла конвективним теплообміном, Вт.

Втрати тепла променевим теплообміном рівні:

Q_пр=ε С₀ F_1м (38)

де ε - степінь чорноти поверхні ізоляції, ε = 0,3, [2, табл. 24, ст. 273];

С₀ - коефіцієнт випромінювання абсолютного чорного тіла,

С₀ = 5,67

F_1м - площа одного погонного метра труби, покритого ізоляцією, м;

- температура поверхні ізоляції, К;

- температура повітря, К.

F_1м = πdl=πd_із , (39)

F_1м = π 1.08=3.391 ,

Q_пр = .

Втрати тепла конвективним теплообміном рівні:

Q_k=α_k F_1м (t_із-t_пов), (40)

де _к - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря,

_к=Nu (41)

де Nu - критерій Нусельта;

коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі t_пов=9°С, , [2, табл. 9, ст. 263].

λ_пов|⁹=2.482 .

Визначаємо режим руху повітря, що набігає на теплотрасу.

Число Рейнольдса буде рівним:

Re= (42)

де - швидкість вітру що набігає на теплотрасу, м/с;

коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря при температурі t_пов=9°С, м²/с, [2, табл. 9, ст. 263].

v_пов|⁹= .

Re=

Так як Re> то режим руху перехідний і критерій Нусельта визначається за формулою:

, (43)

де Pr- число Прандля для повітря при температурі t_пов =9°С [2, табл. 9, ст. 263];

Pr - число Прандля для повітря при температурі поверхні ізоляції, [2, табл. 9, ст. 263];

- поправочний коефіцієнт, що враховує відстань між трубами, приймаємо =1;

- поправочний коефіцієнт, що враховує кут набігання повітря на теплотрасу, [2, ст. 138].

Pr_пов|⁸=0,7058;

Pr_cт|¹⁴=0,7042.

При , =

Тоді:

.

Визначаємо середню температуру ізоляції:

(44)

Для шлакової вати ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою :

(45)

Знаходимо термічний опір ізоляції:

(46)

Визначаємо критичне значення термічного опору ізоляції за формулою:

(47)

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції, для чого записуємо рівняння теплового балансу:

(48)

Порівнюємо отримане значення з прийнятим:

(49)

Оскільки перше наближення температури поверхні ізоляції відрізняється більше ніж 0,5% то необхідно перездати температуру поверхні ізоляції і провести розрахунок спочатку.

Приймаємо друге наближення поверхні ізоляції

Згідно (38) втрати тепла променевим теплообміном будуть рівні:

= .

При прийнятій поверхні ізоляції число Прандля рівне:

Критерій Нусельта визначаємо за формулою (43):

Коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за формулою (41):

Втрати тепла конвективним теплообміном визначаємо за формулою (40):

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції визначаються за формулою (37):

Визначаємо середню температуру ізоляції за формулою (44):

Для шлакової вати ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою (45) :

Знаходимо термічний опір ізоляції за формулою (46):

Критичне значення термічного опору ізоляції визначається за формулою (47):

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції за формулою (48):

Умова не виконується.

Оскільки перше наближення температури поверхні ізоляції відрізняється більше ніж 0,5% то необхідно перездати температуру поверхні ізоляції і провести розрахунок спочатку.

Приймаємо друге наближення поверхні ізоляції

Згідно (38) втрати тепла променевим теплообміном будуть рівні:

= .

При прийнятій поверхні ізоляції число Прандля рівне:

Критерій Нусельта визначаємо за формулою (43):

Коефіцієнт тепловіддачі визначаємо за формулою (41):

Втрати тепла конвективним теплообміном визначаємо за формулою (40):

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції визначаються за формулою (37):

Визначаємо середню температуру ізоляції за формулою (44):

Для шлакової вати ізоляції коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою (45) :

Знаходимо термічний опір ізоляції за формулою (46):

Критичне значення термічного опору ізоляції визначається за формулою (47):

Перевіряємо правильність прийняття температури поверхні ізоляції за формулою (48):

Умова виконується

2.1.3. Втрати тепла з гарячої гілки теплотраси

Визначаємо втрати тепла з гарячої гілки теплотраси за формулою:

(50)

де L– довжина теплотраси, м.

2.1.4. Критичний діаметр ізоляції

Критичний діаметр ізоляції гарячої гілки теплотраси визначаємо по формулі:

(51)

2.2. Розрахунок холодної гілки теплотраси

2.2.1. Розрахунок діаметру трубопроводу

З рівняння нерозривності потоку внутрішній діаметр трубопроводу рівний:

(52)

де – густина гарячого теплоносія при температурі на виході з теплообмінного апарату, , [1, табл2, ст. 26];

- швидкість руху гарячого теплоносія,

Приймаємо швидкість руху гарячого теплоносія в трубі рівною

Округляємо отримані значення діаметру до стандартного значення, згідно ГОСТ 9617-79.

Приймаємо = 0,804 м; = 0,820 м; = 0,008 м.

Знаходимо діаметр шару ізоляції труби згідно (34):

d_із =0,82+2 0,13 = 1,08м.

Фактична швидкість руху гарячого теплоносія всередині труби:

ω = , (53)