5. Условия рационального выбора материала для тепловой изоляции трубопроводов.

При наложении тепловой изоляции на трубопровод тепловые потери уменьшаются не пропорционально увеличению толщины изоляции, более того, при неправильном выборе материалы изоляции тепловые потери возрастут. Это связано с тем, что у изолированного трубопровода увеличивается диамер и пов-ть теплообмена с окр.средой, что приводит к увеличению теплоотдачи. Общее термическое сопротивление теплопередачи трубопровода, на кот. наложен слой изоляции: . Термическое сопротивление теплоотдачи и теплопроводности стенки трубы R2 с увеличением d_из останутся неизменными, при этом термическое сопротивление теплопроводности изоляционного слоя R3 будет возрастать, а термическое сопротивление теплоотдачи R4 уменьшаться. Для того чтобы выяснить, как будет изменяться Rобщ при изм. диаметра изоляции, исследуем Rобщ как ф-цию d_из. Возьмем частную производную от Rобщ по d_из и приравняем 0: . Значение наз. критическим диаметром тепловой изоляции. Критический диаметр изоляции не зависит от диаметра трубы, он тем меньше, чем меньше и больше . Если d_из увеличить, но останется меньше , то тепловые потери увеличиваются. При d_из= тепловые потери максимальны. Дальнейшее увеличение d_из ведет к снижению потерь. Чтобы изоляция работала эффективно необходимо , т.е. или - условие рационального подбора материала для тепловой изоляции трубопровода, где d2 – наружный диаметр трубопровода, а - коэфф. теплоотдачи от внешней пов-ти изоляции к окр. среде. Если усл. не выполнено. то при нанесении тепловой изоляции на трубопровод тепловые потери будут не снижаться, а расти.

5. Основы теории подобия.

Аналитический метод изучения конвективного теплообмена состоит в сост. и реш. дифф.ур-й движения, неразрывности потока, теплопроводности жидкости, описывающие процессы переноса теплоты, с соответствующими усл. однозначности. В пез-те опр. поле скоростей, температур и давлений в жидкости. Дифф. ур-е теплоотдачи, хар-ее теплообмен на границе раздела потока жидкости и тв.тела: . Чтобы с помощью эксперимента получить общую ф-лу для описания коэфф. теплоотдачи, пригодную не только для исследованных явл., но и для явл. им подобных, сам эксперимент и обработку опытных данных необходимо осуществлять на основе теории подобия физ.фвл.. Понятия, необходимые для опр. подобных явлений: одноименные или однородные величины – физ.величины, имеющие одинаковый физ.смыл и размерность; сходственные – такие точки систем, координаты кот. удовлетворяют геометрическому подобию. Подобными наз. физ. явления, если они удовлетворяют след.усл: а) это явл. одной физ.природы, кот. описываются ур-ми, одинаковыми по форме и своему физ. содержанию; б) явл. протекают в геометрически подобных системах; в) подобны поля всех физ.величин, описыв. подобные явления. Основу теории подобия физ. явл. соств.3 теоремы:1-ая теорема Ньютна: устанавливает связь между константами подобия и позволяет выявить критерии (числа) подобия. Критериями подобия наз. безразмерные соотношения физ.величин, кот. у подобных явлений в сходственных точках и в сходственные моменты времени имеют численно одинаковые значения. Ф-ка теоремы: у подобных явл. одноименные критерии подобия численно одинаковы. 2-ая теорема Бэкингема: указывает путь получения критериев подобия – из анализа дифф.ур-й, описыв. исслд. явл.. 3-ья теорема (Кирпичева): подобны те явл. , у которых подобны усл. одназначности, а критерии подобия, составленные из этих условий, равны между собой.

Критерии подобия для тепловых процессов:

- критерий Нуссельта: - мера интенсивности теплоотдачи на границе раздела фаз; - окр. среды;

- критерий Прандтля: - мера соотношения вязкостных и температуропроводных св-в теплоносителей; мера соотношения полей скоростей и температур в потоке;

- критерий Био: - хар-ет постоянство соотношения внутреннего термического сопротивления нестационарной теплопроводности к внешнему термическому сопротивлению теплоотдачи; - стенки;

- критерий Рейнольдса: - характеризует режим движения теплоносителя; мера соотношения сил инерции и вязкости; отражает влияние силы трения на движение потока;

- критерий Пекле: - мера соотношения количеств теплоты, переносимых конвекцией и теплопроводностей;

- критерий Стантона: - характеризует соотношение количества теплоты переносимых конвекцией и движущимся потоком жидкости (газа); интенсивность диссипации энергии в потоке;

- критерий Грасгофа: - мера соотношения сил трения, инерции и подъемной силы, определяемой разностью в различных точках неизотермического потока при свободной конвекции;

- критерий Рэлея: , - отношение потока тепла в жидкости или газе за счет подъемной силы, возникающей вследствие неравномерности поля температуры у поверхности тела, к теплопроводности среды.