2. Розрахунок теплотраси

Гаряча та холодна гілка теплотраси прокладена над землею. Поперечний розріз теплотраси зображений на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Поперечний переріз теплотраси.

1. – шар ізоляції; 2 – труба.

2.1. Розрахунок гарячої гілки теплотраси

2.1.1.Розрахунок діаметру трубопроводу

З рівняння нерозривності потоку внутрішній діаметр трубопроводу визначимо за формулою, м

, (33)

де G₁ – масова витрата гарячого теплоносія, кг/с, (див. роз. 1, п. 1.2);

- густина гарячого теплоносія при температурі на вході в теплообмінний апарат, кг/м³, [6, додаток 1, табл. 1, ст. 25];

- швидкість руху гарячого теплоносія в трубі гарячої гілки теплотраси, м/с.

Приймаємо швидкість руху гарячого теплоносія в трубі рівною:

Тоді,

.

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

Приймаємо ; [6, додаток 1, табл. 7, ст. 29].

Діаметр шару ізоляції труби визначається за формулою, м,

,(34)

де - товщина шару ізоляції теплотраси, м;

- зовнішній діаметр трубопроводу округлений до стандартного значення, м.

.

Фактична швидкість руху гарячого теплоносія всередині труби визначається за формулою, м/с,

, (35)

2.1.2.Розрахунок втрат тепла з поверхні трубопроводу

Для першого наближення необхідно задатись температурою поверхні ізоляції, ^оС,

, (36)

де - температура повітря, ^оС.

Втрати тепла з гарячої гілки трубопроводу будуть складатися з втрат тепла променевим теплообміном та втрат тепла конвекційним теплообміном.

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції визначаються за формулою, Вт

, (37)

де - втрати тепла променевим теплообміном, Вт;

- втрати тепла конвекційним теплообміном, Вт.

Втрати тепла променевим теплообміном визначаються за формулою, Вт

, (38)

де - ступінь чорноти поверхні ізоляції, приймаємо ;

- коефіцієнт випромінювання абсолютного чорного тіла, ;

- абсолютна температура поверхні ізоляції, К;

- абсолютна температура повітря, К;

- площа одного погонного метра труби, покритого ізоляцією, м²,

,(39)

.

Тоді,

Втрати тепла конвекційним теплообміном визначаються за формулою, Вт

, (40)

де - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря, ,

, (41)

де - коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі повітря, , [2, табл. 9, ст. 263]:

.

Для визначання режиму руху повітря, що набігає на теплотрасу, необхідно визначити число Рейнольдса за формулою

, (42)

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

- коефіцієнт кінематичної в’язкості повітря при температурі повітря, м²/с, [2, табл. 9, ст. 263]:

.

Тоді,

.

Так, як 10³≤Re<2·10⁵то режим руху перехідний, тоді критерій Нуссельта визначається за формулою:

,(43)

_де - число Прандтля для повітря при температурі повітря, [2, табл. 9,

ст. 263];

- число Прандтля для повітря при температурі поверхні ізоляції,

[2, табл. 9, ст. 263];

- поправочний коефіцієнт, що враховує відстань між трубами. Приймається ;

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

Тоді,

.

Обчислюємо коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря:

.

Втрати тепла конвективним теплообміном рівні:

Обчислюємо загальні втрати тепла з поверхні ізоляції:

Середня температура ізоляції визначається за формулою, ^оС,

,(44)

Для заданої поверхні ізоляції (Діатоміт) коефіцієнт теплопровідності визначається за формулою,

,(45)

.

Визначаємо термічний опір ізоляції за формулою,

, (46)

Визначаємо критичне значення термічногоопору ізоляції за формулою,

,(47)

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

,

, (48)

Отримане значення температури поверхні ізоляції необхідно порівняти з прийнятим за формулою:

. (49)

.

Оскільки перше наближення температури поверхні ізоляції відрізняється більше ніж на 0,5%, то необхідноперезадатитепмературуповерхніізоляції і провести розрахунокспочатку.

Приймаємо друге наближення поверхні ізоляції

Згідно (38) втрати тепла променевим теплообміном будуть рівні:

.

При прийнятій температурі ізоляції число Прандтля рівне:

.

Згідно (43) визначаємо критерій Нуссельта:

.

Коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря згідно (41) рівний:

Згідно (40) втрати тепла конвективним теплообміном рівні:

Загальні втрати тепла з поверхні ізоляції згідно (37) рівні:

За формулою (44) визначаємо середню температуру ізоляції:

Коефіцієнт теплопровідності за формулою (45) рівний:

За формулою (46) визначаємо термічний опір ізоляції:

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

Визначаємо температуру ізоляції згідно (48):

Порівнюємо отримане значення з прийнятим:

.

Оскільки друге наближення температури поверхні ізоляції не перевищує більш, ніж 0,5%, то немає необхідності задаватися іншою температурою ізоляції.

2.1.3.Втрати тепла з гарячої гілки теплотраси

Втрати тепла з гарячої гілки теплотраси визначаються за формулою, кВт

,(50)

де - довжина теплотраси, м.

2.1.4 Критичний діаметр ізоляції

Критичний діаметр ізоляції гарячої гілки теплотраси визначається за формулою, м

,(51)

2.2.Розрахунок холодної гілки теплотраси

2.2.1.Розрахунок діаметру трубопроводу

З рівняння нерозривності потоку внутрішній діаметр трубопроводу визначається за формулою, м

, (52)

де - густина гарячого теплоносія при температурі на виході з теплообмінного апарату, кг/м³, [6, додаток 1, табл.1, ст.25],

- швидкість руху гарячого теплоносія в трубі холодної гілки теплотраси, м/с.

Приймаємо швидкість руху гарячого теплоносія в трубі холодної гілки теплотраси

.

Тоді,

Отримані значення діаметру округляємо до стандартного значення, згідно ГОСТ 9617-79.

Приймаємо ; ; [6, додаток 1, табл. 7, ст. 29]

Діаметр шару ізоляції труби визначається згідно (34):

Фактична швидкість руху гарячого теплоносія всередині труби холодноїгілки теплотраси визначається за формулою,

,(53)