книги из ГПНТБ / Комягин Л.Ф. Бесшатровые неотапливаемые водонапорные сооружения научно-техническое сообщение

бесшатровых

неотапливаемых водонапорных сооружений

в холодный период года

теплообмен между

стенками

этих

сооружений и

наружным

воздухом обычно

происходит

при

D — 3 ? 6 м и

более, при ta = от 0 до — 50° и (Gr • Рг) т >

2- 107

приняты [65], значения п = ^ '<

— t„—ta и для интер­

вала

tm = 0,5 (4+4<) = 04 (—50 ).

Величина Зш= 1 : Тт =

= 1 : (2734~7m)

и соответственно А -

1,45 ; 1,63 .

Следовательно

поверхности стенки водонапорного

сооружения к наружному

воздуху при отсутствии ветра

1

1

внутри бака при отсутствии

ветра получает вид

ак в = [1,45 - 0,002(4 4- 4в) ] (4 - 4в)

г

•

3

(78)

При водообмене в баке

4 — 0,5 (4Х4“ 4J-

Без водообмена в баке в

зимнее время при

/,,в

<[ 0’

вели­

чина 4 = 0,1 4- 0,3°.

при отсутствии ветра

(ак в ), ккал м- час град

Температура

воздуха

внутри бака (1„в),град. С

Средняя температура

-5 |

— 10

— 151-

20

— 25

—30 — 40

воды в баке (40,

Величина зк в, по

формуле (78),

ккал м-часУС,

град. С

X грай

-К

3,10

3,81

4,16

4,48

1,76

5,02

5.50

5

3,12

3.61

3.99

1,32

1,63

4,90

5,11

- 3

2.89

3,11

<1,86

4,22

1,54

4.82

5.31

0

2.5

3,16

3,65

4,01

1,39

4,70

5,23

При ветре величина коэффициента теплоотдачи наруж­

ной поверхности стеи

сооружения ак определена

на

основе

Nu/ = fi Re/,

(79)

где Nu/И Re^— критерии

Нуссельта и Рейнольдса; величина

, •

ан Т)

,,

VaD

ХиА=

Л

hRct= ——;

/9 = 3

.' 6 м и более, в реальных

условиях их эксплуатации

при ветре ту, =3 4-8 м/сек, поперечно обдувающем

поверх­

ность

сооружения в среднем под углом

атаки <рат = 45°, при

ta = от

0 до —50°, величина Re^=6-105

-'. 40105 и

соответ­

ственно им // = 0,37-0,81=0,3 и п = 0,6.

После подстановки

найденных параметров в основное

уравнение (79)

получена

0,3 /.„

/

v„D у>.«_

д

0,6

(80)

I)

I

)

Л"г"

’

вания процессов охлаждения воды

в цилиндрических

баках

d0,3 -?0,8 .и, т. е. малых размеров (см.

рис. 55) при Re =

= 0,5 •

105-т-1.5 •

105 и при

сравнительно

равномерном

попе­

речном

обдувании

ветром всей поверхности баков под углом

аат =90°, соответствующая величина В

0,37 и п = 0,6. Для

этого частного случая

ак - - 0-37

f - 1,23 4Л°’6,

(81)

где А„ — имеет то же значение, что и в формуле (80).

В табл. 16 и 17 приведены значения Д„

и ‘Пи’.^для различ­

ных D; va и ta: величины

и va,

соответствующие ta,

прини­

Значение А„

0,3 7 „ :

D у/,

- I)

I

•/„ /

Температура воздуха

град, С

Наружный

0’

1 -10'

1

-20°

|

— 30'

— 40е

|

— 50°

диаметр бака

D, м

Величина Аа

0.5

6,50

6,80

6.90

5,98

7,02

7,13

1,0

5,07

5,15

5,24

5,28

5,31

5,4

2,0

3,82

3,60

3,96

4,00

4,03

4,10

3,0

3,27

3,33

3,36

3,40

3,13

3,50

■

1.0

2,91

2,95

3,00

3,03

3,01

: з,о9

5,0

2,54

2,70

2,76

2,77

2,78

2,81

6,0

1

2,47

2,50

2,57

2,58

2,60

1,62

7,0

;

2,з1

2,37

!

2,39

2,45

2,16

I

2,48

Значение t’„0,6

Таблица If

va м сек

г',Л6

va м сек

V’6

va л^сек

va°'6

1.0

1.0

3,5

2,12

6,0

2,93

1,5

1,25

4,0

2,30

6,5

3,07

2,0

1,51

4,5

2,47

7,0

3,21

2,5

1,73

5,0

2,63

7,5

3,35

3,0

1,93

5,5

2,78

8,0

3,48

4. Величина

коэффициента

теплоотдачи

аи =

; А„ [ккал 'м1*- час-град],

(82)

где С„

■=

5,45

ккал/кг • град — теплоотдача испарением 1 кг

-~=

воды при атмосферном давлении;

что и в

7

1000 кг/м3

— имеет те же значения,

общем

уравнении

(18);

^н=24-1боо

среднечасовое испарение слоя

воды,

м/час;

В конечном итоге формула

(82) получила вид

а„ = 0,03(е0 — е2) [ккал/м^час-град].

<кз>

1 3. А. Бакулина. Расчеты

испарения с поверхности

водохрани­

в

Опытами,

проведенными

автором,

установлено, что

водонапорных сооружениях при

(в = 04-4°, t„B

=—(10 4-

-4

30°) величина е0 — ег = 3 4

5

мб и

соответственно а„ =

=-•0,09 — 0,15

ккал/м'1 час • град,

что составляет в среднем за

холодный период года около 2% от (ал.в + «к.в ).

Поэтому в

аи 0,02 (ал.в

«к.в) .

(84)

В итоге получены расчетные

формулы

для определения

коэффициентов теплоотдачи:

1

«в =• СсЛт + 11,45 - 0,002 (г1,,. + ta)] (4. - 4)3 •

(85)

б)

то же при ветре

а„- Сст-/]ст + ДЛ0’6;

(86)

в)

свободной поверхности воды к внутренним поверхностям

- ’>02 {Ссвт)св + 11,45 — 0,002 (tB + taB) ]

(tB -

.(87)

Пример 13. Металлическая неутепленная башня

с баком D = 6,2 .и,

на цилиндрической опоре don = 3,04 м (см. рис. 6) имеет высоту

распо­

ложения дна бака от поверхности земли Нв ~ Н0П ■

: 12 м и высоту бака,

считая

ее от дна до

уровня

воды в

баке,' he, -■ 6,25

м.

Башня работает с

водообменом

и

льдообразованием

при средних:

температурах наружного воздуха

/„ == — 20°,

воды

в

башне

tB ■= 0,3° и

стенки бака ta —— 14°, и при скорости

ветра 1>ф

3,3 м/сек,

замеренной

флюгером на высоте йф = 11

м;

hyT = 2 м.

Определить величину коэффициентов теплоотдачи наружной поверх­

ности башни (стенок,

днища и опоры)

и

свободной

поверхности

воды

внутри бака.

Решение. Величина коэффициентов теплоотдачи

наружной

поверхно­

сти стенок башни определена по формуле (86).

Для данного случая при ta - ----- 20°

и tH =- — 14°

по

формуле

(73)'

или из табл. 14 находим т|ст — 0,67 °К3и

по

формуле (71)

ал == 4,2-0,67 == 2,81 ккал. м2час-град.

Средняя скорость

ветра

на

высоте расположения центра бака

ha =

— Нс, + 0,5Лб— 12 4-0.5-6,25

=15,1

м равна

по формуле (43)

1 Предположения

некоторых

авторов

(например,

П.

С.

Колобкова

[60, а]

и др.) о большой величине

аи

внутри резервуаров

и

баков

при

1'ав = 0

опытами не подтвердились.

l'a

I

15,1 \».5

-3,3

3,9

м/сек

|

и на высоте расположения центра опоры

Л„

- 0,5 (//j - - Лут)Лут =

0,5(12—2)4-2- 7 л. соответственно

t’n

7

\0.5

2,6

.и/сек.

/ 3'3

Коэффициенты

теплоотдачи (см. табл. 16 п 17):

а) стенок бака D-

6,2 м при ta

—20°; v,,

3,9 м/сек;

ан.б ~ ал.б ~~ Ад’«0’6

2,81

2,53-2,26 - 8,53 ккал/л^час-град-,

б) стенок опоры бака d

3,04 м при

ta

. - 20°; va - 2,6 л еек-,

ан он ~ 2,81

3,36-1,77

8,76

ккал/л- час-град

в)

стенок конического днища бака

ан.лн

°'5 (ян.б г “н.оп)

0,5(8,53 -1-8,76) 8,65

ккал/.\{-час-град

Величина коэффициента теплоотдачи от свободной поверхности воды

в баке определена по формуле (87).

--17°;

t'„B

0,3°,

В данном случае

при

<в8—— 20 4-3

0; fB

из табл.

14

находим

т1св

0,74 ° К3

Отсюда при СС8 => 3,8

ккал:мсчас °К4,

величина

1

ан,в — 1,02 (3,8-0,74 -J-

[1,15 - - 0,002 (0,3 — 17)| ■ (0,3 4-

17) 3 [

6,78 ккалчас*

\м

град.

йст ss kmss /г„„

, отчего формула

(19) упрощается и

получает

вид

= (Z^CT ц_.(1 _ a) ^СВ)

(88)

k =

fд„ + fon) +

^ep

где

a = r'

+ >' f°”

; 1

- a =

.

rep

rcp

В башнях-колоннах (см.

рис.

5)

величину k определяют по

той же формуле (88), приняв в ней

/\т = ~ D (Нв — Аут) ;

донапорных башен отношение

> 2

(например, в трубах

do < 0,2 м с теплоизоляцией ои) > 0,1

м), величину коэффи­

циента теплопередачи 1 .и2 наружной

поверхности этих труб

и 1-1____ —

'-?п _ ■ 1 ')

линдрических слоев стенки, м; величина их равна

(1т-л

=0,5(6/,,-^^) ; . .

•

= 0,5 (</„_,

</„);

t/Cp^0,5 (t/o+^н) — средний диаметр всей трубы, вклю­

чая изоляцию,

м;

слоев теплоизоляции, я,

... Ь„ --

толщина

отдельных

равная

5,

-0,5(<Z,-rf„); . .

.

5„ - 0,5(dn - dn , )

;

<pi; ... <р„ — коэффициенты

кривизны

слоев в

цилиндриче­

ской стенке, равные

rf, -f- d,, .

rf

г- с/„ _i

‘In

;

'■5 — vZj

- дк *n

T" :

—д— -In ,/

11

2 (rfv

-d„)

d„

2 (dn — dn_i )

«„-i

,,

значения

ср в

зависимости

от

rf,

, по

данным

Числовые

ваты

=0,07 м с

= 0,06 ккал,м. час. град',

слой

ваты обернут двумя

рядами толя, второй

ряд — из

армированного асбестоцемента

= 0,05 м

с /=

0,11 ккал!м2 час. град.

Наружная поверхность

стенок бака,

днища

и

стояка-горловины

окрашена масляной краской светло-серого

цвета. При водообмене средняя

высота столба воды у стенки бака Нст ср = 4

м.

Средние

за

отрезок

времени т час.: температура наружного

воздуха

ta

= — 20’ С;

скорость ветра на высоте йф = 10 м равна

Рф= 4,1

м[сек;

температура

воды в

баке tB = 0,45°. За этот же отрезок времени

увеличивается

тол­

щина слоя льда на внутренней поверхности стенки

бака с

0,2

м до

о2 = 0,3 м.

Определить средний за период т = т2 — Т]

час.

общий коэффициент

Wc,,cp= 4-'6 /\т.ср= 78 м2’

=

= 15 ккалич2

час град\ ан д = 0,5 (аи б +

Рис. 45.

Схема

башни с

ре­

+ *н,оп) = 0,5 (9,81+15) ='12,4^лл/ж2Х

шетчатой

опорой.

х(шс град\ ан в = 1,02 {

3,8 • 0,74 + [1,45 —

— 0,002 (0,45 — 17)]

■

(0,45 + 17)'/а) = 6,8

лгкад/.и2

час град.

Коэффициенты теплопередачи вычислены по формулам

(22)

и

(25).

а)

Для стенки

бака

со средним за время тл час.

слоем

льда

I - 0,5 (0,2 -L- 0,3) = 0,25

лл = 1,96; 6СТ =,0,01 м; /.ст = 39 ккал1м2час град.

величина

о

L __ ,

+ .

~»ст1

1

,

0.25

‘

,

JW

,

1

_ „ „

^от~

ЯВ~

лл +

+ Я„

- 68

1,96

39

+ 9,81

“

/гет =

J

= 1 : 0,245 = 4,09 ккал/м2

час град.

а ст

б)

Для

днища

бака

при 5 = 0 и /?из = 0,5 м2 час-град ккал,

7?дн =

Об

+ 0,5 +

= 0,596; &дн=1 : 0,596=1,68 ккал:м2час град

оУ

l^,-!

в)

Для

свободной поверхности воды в

баке

k =

а.н_Д— =

= 6,2 ккал1м2 час-град.

% +“н.в

68 + 6,8

’

г)

Для

опоры

при Лл— =

= 1,43 + 2,

величина #оп

опре­

делена как для плоской

ло

0,6

стенки

по

(22) при

многослойной

формуле

= - + д. _21_ ■

5* = °'01 ,

°-07 -

°’05 _ | С9.

лст

1

"г

Х2

39

+ 0,06

■

0,1 Г

/Л™ = -

—г-

1,62 4——— = 1,7

.u‘- час град/ккал',

/гоп = 1 : 1,7 = 0,59

ккал л--час-град.

В случае подсчета величины kan

по

формуле

(89)

при

</,,

= 0.6

лг

<7,

= 0,62

л/, д2 = 0,76 л/,

</-,

</,,

0,86

л/,

<7ср

- 0,73

.и,

получим

k

-

0 73 /'

I

1

°’86

'

\

°"

1

1

0,76

■

1

“

'

' (^68-0,6

г 2-0,06

0,62

~ 2-0,11

0,76

15-0,86 у

=- 0,59 ккал.-л-

час град.

В случае подсчета величины /г,1П

по

упрощенной

формуле

(90)

при

rf„

= 0,6

Л.

= 0,62

л,

d-2 — 0,76

л,

d„

0,86

л,

из

рис.

14

находим

соответствующие

значения

коэффициентов

кривизны для:

rf..

0,76

—~

=

«]

0,62

= 1,23;

¥1= 1,004;

rfm_, = 0,69 л и

J’

= 1,13; ?2 = 1,001; </„,_2=

= 0.81

л:

rffp

= 0,5 (rf0 4- rf„) = 0,73 .к.

1

,

0,07-1,004

,

0,05-1,001

т

1

68-0,6

4

0,06-0,69

+ 0,11-0781

15-0,86

= 0,59 ккал л-час-град.

Отсюда видно,

что

в

данном

случае

при

_

"

= 1,43 < 2 величины

kon, подсчитанные по трем формулам (22). (89)

и

(90),

получились

оди­

наковыми.

коэффициент

т е н л о п е р е д а ч и

водонапорной

д)

Общий

башни от воды

к

наружному воздуху подсчитан ио

формуле

(19)

при

1)

0 3—17

£= 0,3 + 26 = 6853 и +ср = 183 .+>.

Величина его равна

.

4,09 •

78 + 0,59 • 37,7 4-

1,68 • 37 + 0,853 • 6,2 • 30,2

3,1 ккал\л-час град.

к =-----------------------------

■■--------

1---------------------------------------------

оо

Пример 15. Конструкция, размеры башни

(см.

рис.

45)

и

внешние

теплотехнические условия охлаждения воды — те же, что

и

в

предыду­

щем примере 14. Средние, за отрезок времени

тл

час., общие коэффи­

циенты теплопередачи к сооружению от солнечной

радиации Ф — 0,18 и

от

водообмена4#

=0,26 ккал'м-чаС'град.