откуда |
dИЗ ln |
dИЗ |
= 0,203. |
Это равенство решают методом последо- |
|||||||||
0,273 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вательного приближения, задаваясь dИЗ. Принимаем dИЗ = 0,43 м, тогда |
|||||||||||||
|
|
0,43ln |
0,43 |
|
|
= 0,195. |
0,195 ≈ 0,203. |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
0,273 |
|
|
|
|
|
И |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Толщина изоляции δИЗ |
= |
dИЗ −dH |
= |
0,43 −0,273 |
= 0,079 м. |
||||||||
|
|
||||||||||||
Принимаем δИЗ = 80 мм. |
2 |
2 |
|
||||||||||
|
|
Д |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
7. Тепловой расчет сетей теплоснабжения |
||||||||||||
Основной задачей теплового расчета теплопроводов всех видов |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
А |
|
|||||||
прокладок является выбор конструкции изоляции, обеспечивающей |
|||||||||||||
рациональный минимум тепловых потерь и допустимое падение тем- |
|||||||||||||
пературы теплоносителя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
б |
|
|
|
||||||||
Расчет толщины изоляции теплопроводов воздушной прокладки |
|||||||||||||
Плотность теплового потока (тепловые потери) теплопроводов |
|||||||||||||
воздушной прокладке составляют |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
q = (tB −tH )/ R, |
|
|||||||
где tB |
– температура теплоносителя; tН – температура окружающей |
||||||||||||
среды; |
R – полное терм ческого сопротивление теплопровода. |
||||||||||||
Температуру на поверхности тепловой изоляции рассчитывают |
|||||||||||||
на основе уравнен |
я теплового баланса при установившемся тепло- |
||||||||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вом реж ме. Для установ вшегося режима теплота, поступающая от |
|||||||||||||
теплонос теля к наружной поверхности изоляции, |
равна количеству |
||||||||||||
теплоты, отвод мой от поверхности изоляции в окружающий воздух. |
|||||||||||||
иq = tB −tH = tПОВ −tH . |
|
||||||||||||
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
RИ |
RH |
|
||||
|
|
|
|
= tB / RИ +tH / RH . |
|
||||||||
|
|
|
|
tПОВ |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1/ RИ +1/ RH |
|
|||
24
Совместная прокладка трубопроводов на открытом воздухе или в помещении не оказывает существенного влияния на теплопотери соседних трубопроводов.
При температуре воздуха +25 °С температура на поверхности изоляции в зоне постоянного обслуживания теплопроводов должна быть не выше + 45 °С для закрытых помещений и +60 °С на открытом воздухе.
При расчете толщины изоляции теплопроводов и плотности теплового потока необходимо учитывать дополнительные потери через
неизолированные части теплопровода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
Задача 6. |
|
|
Определить потери теплоты изолированным тепло- |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
||||||||
проводом (рис. 9) диаметром dН = 720 мм, проложенным на опорах |
|||||||||||||||||||||||||||||
над землей, при следующих данных: температура теплоносителя tВ = |
|||||||||||||||||||||||||||||
100 οС; температура окружающей среды tН = –5 οС; изоляционный |
|||||||||||||||||||||||||||||
слой имеет толщину δИЗ = 160 мм и λИЗ = 0,09 Вт/(м οС); скорость вет- |
|||||||||||||||||||||||||||||
ра w = 4 м/с. Сравнить термическое сопротивление изоляции и тепло- |
|||||||||||||||||||||||||||||
отдачи в окружающую среду. Дополнительные потериИчерез неизоли- |
|||||||||||||||||||||||||||||
рованные части теплопровода составляют β = 0,2. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dИЗ |
|
|
|
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Определяем коэффициент теплоотдачи |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
αH =11,6 +7 |
|
|
=11,6 +7 |
|
= 25,6 Вт/(м2 ο С). |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w |
4 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
δИЗ |
|
|
|
и |
2. Рассчитываем теплопотери, принимаяβ= 0,2: |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dH |
|
|
|
|
|
Аπ(tВ −t |
Н ) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
Р с. 9. |
|
|
|
|
|
|
|
|
ql |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
ln dИЗ + |
1 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2λ |
αН dИЗ |
||||||
С |
|
|
|
|
3,14 (100 +5) |
|
|
|
|
|
dН |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
б |
|
|
|
|
|
|
|
1,2 =169 Вт/м. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
ln 1,04 |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 0,09 |
25,6 1,04 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,72 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Тепловой расчет подземных теплопроводов при бесканальной прокладке
При бесканальной прокладке теплопровода (рис. 10) грунт представляет собой определенное термическое сопротивление. Тепловой поток направлен от теплоносителя через стенку трубопровода, тепло-
25
вую изоляцию и грунт к поверхности земли и далее в окружающую среду.
Изотермы – окружности, центры которых с уменьшением температуры смещаются вниз от поверхности земли.
Линии теплового потока перпендикулярны изотермам и симметрич- |
|||
|
|
|
И |
ны относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось трубо- |
|||
провода, берут начало у его поверхности и выходят из грунта по нормали. |
|||
h |
|
|
|
|
А |
|
|
б |
|
||
|
dH |
ДЛинии теплового потока |
|
Изотермы |
dИЗ |
||
СцииRГР – включает внешнее термическое сопротивление от грунта к
Рис. 10. Схема теплопровода при бесканальной прокладке
Терм ческое сопрот вление грунта определяется по формуле
Форхгеймера
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|||
|
1 |
|
|
2hЭК |
|
2hЭК |
|
|
|
||
RГР = |
ln |
+ |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||||||
2πλГР |
dИЗ |
|
|
|
|
−1 . |
|||||
|
|
|
|
dИЗ |
|
|
|
||||
воздуху; λГР – теплопроводность грунта; dИЗ – наружный диаметр теплоизоля .
Эквивалентная глубина заложения
hЭК = h + λГР/a,
где h – глубина заложения трубопровода от поверхности земли до его оси; a – коэффициент теплоотдачи от поверхности земли воздуху.
26
Теплопотери через изолированный теплопровод при бесканальной прокладке в грунт определяются по формуле
ql = |
|
|
|
tB |
−tH |
|
|
|
|
|
. |
|||
|
1 |
|
diH |
|
|
1 |
|
|
|
|
||||
|
∑ |
ln |
|
+ |
|
ln |
4hЭК |
|
||||||
|
2πλ |
d |
iB |
|
2πλ |
ГР |
d |
ИЗ |
||||||
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Задача 7. Рассчитать теплопотери изолированнымИтрубопроводом, проложенным в грунте. Диаметр трубы 325×8 мм, толщина из о-
При бесканальной прокладке двух параллельных или нескольких трубопроводов температурные поля отдельных теплопроводов складываются, а тепловые потоки взаимодействуют. Если один трубопровод имеет более высокую температуру, чем второй, то теплопотери второго теплопровода будут уменьшены, а при большой разнице
температур второй теплопровод вообще может не иметь теплопотерь.
ляции δИЗ = 100 мм λИЗ = 0,09 Вт/(м οС). Глубина заложения трубопровода составляет 0,7 м до верха изоляции. Коэффициент теплоотдачи
a = 10 Вт/(м2 οС). Коэффициент теплопроводности грунта λГР = 1,7 Вт/(м οС). Средние температуры теплоносителя и окружающей среды:
tВ = 90 οС; |
tH = – 3,2 οС; β = 0,2. |
|
|
|
|
|
Д |
|||||||||||||||
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1. Определяем характеристики прокладки |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
h = 0,7 + 0,2625 = 0,963 м; |
dИЗ = 0,525 м; |
|||||||||||||||||||
|
|
hЭК = h + λГР / a = 0,963 + 1,7 / 10 = 1,133 м. |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|||||||||
2. Рассч тываем теплопотери |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
q = |
|
|
|
|
|
tB −tH |
|
|
|
|
|
|
= |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
бl |
1 |
|
|
4hЭК |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
∑ |
1 |
ln |
diH |
|
ln |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
2πλ |
d |
iB |
2πλ |
|
d |
ИЗ |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
ГР |
|
|||||||
= |
|
|
|
|
|
|
90 +3,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,2 =106 Вт/м. |
|||||
|
|
1 |
0,525 |
|
|
|
1 |
|
|
|
4 1,133 |
|||||||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
2 3,14 |
0,09 ln 0,325 + 2 |
3,14 1,7 ln |
0,525 |
|
|
|
|
|||||||||||||
СТепловой расчет теплопроводов при прокладке в каналах
В однотрубных каналах (рис. 11) при установившемся режиме поток теплоты от теплоносителя расходуется на нагрев воздуха в канале, а затем теплота нагретого воздуха передается через стенки ка-
27
нала в грунт. Тепловой баланс такого теплоперехода выражается ра- |
|||||||||||||||||
венством |
|
|
|
|
tB −tК |
|
|
|
tК −tH |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ql = |
|
= |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
RИ + RH |
RПК + RК + RГ |
|
|
|
|||||||||
где tК – температура воздуха в канале; tН – температура окружающего |
|||||||||||||||||
воздуха; RИ – теплопроводность антикоррозионного покрытия, основ- |
|||||||||||||||||
ного и покрывного слоев изоляции; RН – теплоотдача от поверхности |
|||||||||||||||||
изоляции к воздуху канала; RПК – теплоотдача от воздуха в канале к |
|||||||||||||||||
внутренней поверхности стенок канала; RК – теплопроводность сте- |
|||||||||||||||||
нок канала; RГ – теплопроводность грунта. |
|
|
|
|
|
И |
|||||||||||
Н |
tК |
|
dИЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 11. Схема однотрубного |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
теплопровода в канале |
|||
|
tВ |
|
|
|
|
|
|
|
Д |
||||||||
|
δИЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
dH |
А |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Решая последнее равенство относительно температуры воздуха |
|||||||||||||||||
в канале tК, найдем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
/(R + R |
)+t |
H |
/(R |
ПК |
+ R |
К |
+ R |
Г |
) |
|
||||
|
бB И H |
|
|
|
|
|
|
. |
|||||||||
|
tК = |
|
1/(RИ + RH )+ |
1/(RПК + RК + RГ ) |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Температура воздуха в обслуживаемых каналах не должна пре- |
|||||||||||||||||
вышатьи+ 40 ° . Заданный уровень температуры обеспечивается под- |
|||||||||||||||||
бором толщины изоляции и вентиляцией воздуха в канале. |
|||||||||||||||||
Полное термическое сопротивление изолированного теплопро- |
|||||||||||||||||
вода, уложенного в канал (рис. Х.1), складывается из термических со- |
|||||||||||||||||
противлений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С R = RB + RИ + RH + RПК + RK + RГ, |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где RВ – теплоотдача от теплоносителя к внутренней поверхности |
||||||||
трубы. При расчете теплопотерь это сопротивление не учитывают, |
||||||||
так как оно достаточно мало. |
|
|
|
|
||||
При расчете теплопотерь учитывают термические сопротивле- |
||||||||
ния изоляции, теплоотдачи от изоляции к воздуху канала, теплоотда- |
||||||||
чи от воздуха канала к его стенке, стенок канала и грунта. |
|
|||||||
|
|
|
|
tB −tH |
|
|
|
|
|
|
|
|
ql = ∑ Ri (1+β). |
|
|
|
|
Каналы имеют прямоугольное сечение, поэтому определяютdЭКВ : |
||||||||
|
|
|
|
dЭ = 4F / U. |
|
|
|
|
Задача 8. Рассчитать теплопотери трубопровода, проложенного |
||||||||
в канале (рис. 12) при следующих данных: диаметр трубопровода |
||||||||
325×8 мм; |
температура |
теплоносителя |
tВ = 90 οС; |
толщина |
изо- |
|||
ляции δИЗ = 100 мм; λИЗ = 0,09 Вт/(м οС). ВнутренниеИразмеры канала: |
||||||||
высота h = 700 мм, ширина a = 750 мм; толщина стенок 125 мм, осно- |
||||||||
вания и перекрытия 75 мм; теплопроводность стенок канала λК = 1,3 |
||||||||
Вт/(м οС). Коэффициент теплоотдачи внутреннего канала a = 12 |
||||||||
Вт/(м2 οС); глубина заложения оси теплопровода H = 1,15 м; коэффи- |
||||||||
циент теплопроводности грунта |
Д |
|
||||||
λГР = 1,7 Вт/(м οС); температура |
||||||||
грунта на оси канала 5 οС; β = 0,2. |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
А |
|
|
||
|
|
|
|
|
75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 12. Схема однотрубного |
||
Н |
|
|
dИЗ |
|
|
теплопровода в канале |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
||
и |
|
700 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
δИЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
750 |
dH |
|
75 |
|
|
|
|
|
|
|
125 |
|
|
|
||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
|
|
|
Решение.
1. Определяем термические сопротивления:
1) изоляции
R |
ИЗ |
= |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
ln dИЗ |
= |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
ln |
0,525 |
= 0,849 °С/(Вт / м); |
|||||||||||||||||
2πλИЗ |
|
2 3,14 0,09 |
0,325 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
dH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху канала |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
R |
H |
= |
1 |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
= 0,051 °С/(Вт / м); |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
απd |
|
|
|
12 3,14 0,525 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИЗ |
|
|
|
|
Д |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
3) теплоотдачи от воздуха канала к его стенке |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
R |
ПК |
= |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
= 0,037 °С/(Вт / м), |
||||||||||||
|
|
|
|
απd |
В,Э |
|
|
12 3,14 |
|
0,724 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
||||||||||||||||
где внутренний эквивалентный диаметр канала равен |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dB,Э |
|
|
|
|
4ha |
|
4 0,7 0,75 |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
2(h +a) |
= |
|
2(0,7 + |
0,75) |
= 0,724 м; |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
4) стенок канала |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
R |
К |
= |
|
|
|
|
1 |
|
ln |
dН,Э |
= |
|
|
1 |
|
|
ln |
0,919 = 0,029 °С/(Вт / м), |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2πλК |
|
|
|
|
d |
В,Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 3,14 1,3 |
|
|
|
0,724 |
|
|
|||||||||||||||||
термических |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
где наружный эквивалентный диаметр канала равен |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dН,Э = |
|
|
|
|
4ha |
|
|
4 0,85 1 |
0,919 м; |
||||||||||||||||||||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
5) грунта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
R |
ГР |
= |
|
|
|
|
1 |
|
|
ln |
4Н = |
|
|
|
1 |
|
|
|
ln |
|
4 1,15 |
= 0,151 °С/(Вт / м). |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 3,14 |
1,7 |
|
0,919 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2πλГР |
dН,Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
умма |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сопротивлений равна |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
R = RИЗ + RH + RПК + RК + RГ = |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
= 0,849 +0,051+0,037 +0,029 +0,151 =1,12 °С/(Вт / м). |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
30
2. Рассчитываем теплопотери |
|
|||||
|
|
|
ql = tB −tГ β = |
90 −51,2 =91 Вт/м. |
||
|
|
|
|
R |
1,12 |
|
При расчете нескольких теплопроводов, проложенных в кана- |
||||||
лах, для учета их взаимного влияния необходимо определить темпе- |
||||||
ратуру воздуха в канале по тепловому балансу, а затем теплопотери |
||||||
каждым трубопроводом в канале. |
|
|
||||
Тепловой баланс: общие теплопотери всеми трубопроводами в |
||||||
канале равны теплопотерям из канала в окружающую среду. |
||||||
|
|
n |
tBi −tK |
tK −tH |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
∑1 RИЗi + RHi (1+ β)= RBK + RK + RГР |
, |
|||
где tBi – температура теплоносителя в i-м трубопроводе; n – число |
||||||
трубопроводов; tK – температура воздуха в канале. |
И |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
В двухтрубных каналах (рис. 13) тепловые потоки от каждого |
||||||
трубопровода нагревают воздух в канале, затем общий тепловой по- |
||||||
ток от нагретого воздуха через стенки канала рассеивается в грунт. |
||||||
|
|
|
|
|
Д |
|
|
Н |
|
tК |
dИЗ |
d'ИЗ |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
t1 |
|
|
t2 |
|
|
бδИЗ |
δ'ИЗ |
|
||
и |
dH |
|
|
|||
|
|
|
||||
С |
Рис. 13. Схема двухтрубного теплопровода в канале |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
31 |
|
При таком теплопереходе тепловые потери одного трубопровода зависят от теплопотерь других теплопроводов. Для определения теплопотерь каждого теплопровода необходимо вначале определить тем-
пературу воздуха в канале. |
|
|
|
|
|||||
|
Обозначим сумму термических сопротивлений слоя изоляции |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
RИ и наружной поверхности изоляции RН первой и второй трубы R1 и |
|||||||||
R2, температуры теплоносителей t1 и t2. Обозначим R3 сумму термиче- |
|||||||||
ских сопротивлений RПК + RК + RГ. При этих обозначениях уравнения |
|||||||||
теплового баланса запишется в виде |
|
|
|
||||||
|
|
|
t1 −tК |
+ t2 |
−tК = tК −tН или q1 + q2 |
= q, |
(6) |
||
|
|
|
R1 |
|
R2 |
R3 |
Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где q1, q2 – удельные тепловые потери первого и второго трубопрово- |
|||||||||
дов; q – суммарные удельные тепловые потери в грунт. |
|
||||||||
|
О |
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
Из равенства (6) получим искомую температуру воздуха в канале |
||||||||
|
|
|
|
tК |
= t1 / R1 +t2 / R2 +tH / R3 . |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1/ R1 +1/ R2 +1/ R3 |
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|||
|
Определив температуру воздуха в канале, по формуле (6) нахо- |
||||||||
дят потери теплоты каждым трубопроводом. |
|
|
|||||||
|
Задача 9. Рассчитать теплопотери двух теплопроводов, проло- |
||||||||
|
теплоносителя |
|
|
|
|
|
|||
женных в канале. Все геометрические размеры даны на рис. 14. Тем- |
|||||||||
пература |
|
|
|
в падающем трубопроводе tП = 90 οС, в о б- |
|||||
ратном t |
= 50 οС; температура грунта на глубине заложения тепло- |
||||||||
проводов |
5 οС. |
Теплопроводность λИЗ = 0,09 |
Вт/(м οС); |
||||||
λК |
= 1,3 |
Вт/(м οС); |
λГР |
= |
1,7 Вт/(м οС). Коэффициент теплоотдачи |
||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
||
внутреннего канала a = 12 Вт/(м2 οС); β = 0,2. Глубина заложения оси теплопровода H = 1,15 м.
32
|
Н |
|
|
|
|
DИЗ |
|
|
|
|
D'ИЗ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
700 800 |
|
|
|
|
δИЗ |
|
|
|
|
δ''ИЗ |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
dH |
|
|
|
1300 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1550 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Рис. 14. Схема двухтрубного теплопровода в канале |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1. Определяем эквивалентные |
диаметры |
канала по формуле |
|||||||||||||||
dЭ = = 4F / U: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|||||||
|
|
|
|
4 1,3 0,7 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
dВ,Э = |
|
|
|
|
d |
|
|
4 1,55 |
0,8 |
||||||||
|
2(1,3 + 0,7) |
= 0,91 м; |
Н,Э = |
2(1,55 + 0,8)=1,055 м. |
||||||||||||||
|
2. |
|
|
|
|
термические сопротивления: |
||||||||||||
|
1) подающего тру опроводаА |
|
|
|
||||||||||||||
|
RП = |
|
|
1 |
0,09 |
ln 0,525 + |
|
|
1 |
|
|
= 0,899 °С/(Вт / м); |
||||||
|
|
|
2 3,14 |
|
0,325 |
12 3,14 0,525 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
2) обратного трубопровода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
R |
= |
|
|
1 |
|
ln 0,445 + |
|
|
1 |
|
|
= 0,616 °С/(Вт / м); |
|||||
|
О |
|
2 3,14 0,09 |
|
0,325 12 3,14 0,445 |
|
|
|
||||||||||
|
Рассчитываем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
3) канала |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
RК = |
|
1 |
0,91 |
+ |
1 |
1,3 |
ln |
1,055 |
+ |
|
1 |
|
|
ln |
4 1,15 = 0,185 °С/(Вт / м). |
|||
|
2 3,14 |
|
2 3,14 |
|
0,91 |
|
2 3,14 1,7 |
|
1,055 |
|||||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
33 |
|
|
|
|
|
|
|
3. Определяем температуру воздуха по формуле
n |
|
tBi −tK |
(1+ β)= |
tK −tH |
|
90 −tK |
50 −tK |
tK −5 |
||||
∑1 |
|
|
|
|
; |
0,899 1,2 + 0,616 1,2 = 0,185 . |
||||||
RИЗi + RHi |
RBK + RK + RГР |
|||||||||||
|
|
Откуда tК = 28,2 οС. |
|
|
|
И |
||||||
|
|
4. Определяем теплопотери трубопроводов, проложенных в ка- |
||||||||||
налах: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1) подающего |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
qП = |
|
90 −28,2 |
|
= 68,7 Вт/м; |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
0,899 |
|
Д |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
2) обратного |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
qО = |
50 −28,2 |
|
=35,4 Вт/м. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
0,616 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
А |
|
|
|
|||||
|
|
Общие потери составляют |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
qΣ = 68,7 +35,4 =104,1 Вт/м. |
|
|
||||||
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
||||
|
Расчет толщины изоляции паропроводов воздушной прокладки |
|||||||||||
|
|
Задача 4. Определить толщину изоляции паропровода с наруж- |
||||||||||
ным диаметром dH = 273 мм, проложенным по эстакаде. Среднегодо- |
|
вая температура окружающей среды t0 = 0 °С, температура пара |
|
и |
|
tП = 200 °С. Тепловая изоляция выполнена из минераловатных про- |
|
ш вных матов в о кладке |
з металлической сетки. |
Решен е. |
|
1. Для средней температуры изоляции 100 °С теплопроводность |
|
С |
составляет |
м нераловатной золяц |
|
λ = 0,038 + 0,00021 tСР = 0,038 + 0,00021 100 = 0,059 Вт/(м οС)
2. Нормат вные теплопотери для трубопровода в соответствии с табл. П.2 составляют 117 Вт/м [5].
3. Полное термическое сопротивление изолированного паропровода, рассчитывается из формулы
q = (tП – t0) / R,
R = (tП – t0) / q = (200 – 0) / 117 = 1,71 м °С/Вт.
34
4. По нормам предельная толщина изоляции составляет 0,18 м. Примем толщину изоляции 0,080 м для первого приближения. Тогда наружный диаметр изоляции составит dН = 0,273 +2 0,08 = 0,433 м.
5.Коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции при скорости ветра 11 м/с составит
αH =11,6 + 7
w =11,6 + 7
11 = 35,8 ВтИ/(м2 °С).
6.Термическое сопротивление теплоотдаче от поверхности изоляцииR = ln Д
цилиндрических тел |
|
|
ИЗ |
|
|
|
dH' |
найдем |
||||||
|
|
|
2πλ |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
А |
||||||||
|
б |
|
|
|
|
|||||||||
|
ln |
d |
' |
|
= 2πλRИЗ = 2 3,14 0,059 1,69 = 0,626. |
|||||||||
|
ИЗ |
|||||||||||||
|
|
dH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Из последнего получим dИЗ' |
= 0,51 м. |
|
1,69 = 0,626 |
|||||||||||
Примемln = 2πλRИЗ = 2 |
3,14 |
0,059 |
||||||||||||
|
в первом при лижении |
dИЗ' |
= |
0,52 м , при этом термиче- |
||||||||||
ское сопрот влен |
теплоотдаче от поверхности изоляции |
|||||||||||||
|
Rα |
= |
|
|
1 |
= |
|
|
|
1 |
|
= 0,017 м °С/Вт. |
||
С |
|
|
|
πdα |
|
|
3,14 |
0,52 35,8 |
|
|
||||
Терм ческое сопрот вление изоляции |
|
|||||||||||||
|
RИЗ = R – Rα = 1,71 – 0,017 = 1,69 м °С/Вт. |
|||||||||||||
|
dИЗ'' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и соответственно |
dИЗ'' |
≈ 0,51 м , которое очень близко со значением |
||||||||||||
первого приближения |
d ' |
= 0,52 м. |
|
|
|
|||||||||
ИЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
35