Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Определение тепловых потерь изолированным и неизолированным трубопроводами в системе водяного теплоснабжения. Методические указания к лабораторной раб
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра промышленной теплоэнергетики
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ
ИЗОЛИРОВАННЫМ И НЕИЗОЛИРОВАННЫМ
ТРУБОПРОВОДАМИ В СИСТЕМЕ ВОДЯНОГО
ТЕПЛО СНАБЖЕНИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе по курсу
«Источники и системы теплоснабжения»
для направлений «Теплотехника и теплоэнергетика» и
«Теплоснабжение и вентиляция»
Шуляков В.Г, Стерлигов В.А., Севостьянов В.В.
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2015
УДК 536.2:621.6(07)
Ш 959
Рецензент Шарапов А.И., доцент, к.т.н.
Шуляков, В.Г.
Ш 959 Определение тепловых потерь изолированным и неизолированным
трубопроводами в системе водяного теплоснабжения [Текст]: метод. указ. к
лабораторной работе/ Шуляков В.Г., Стерлигов В.А., Севостьянов В.В.–
Липецк: Издательство ЛГТУ, 2015. – 24 с.
В методических указаниях представлен алгоритм определения тепловых
потерь аналитическим и экспериментальным способами для трубопроводов с
изоляцией и без нее. Приведены формулы для расчета тепловых потерь при
движении нагретого теплоносителя по данным трубопроводам.
Табл. 3. Ил. 5. Библиогр.: 7 назв.
©ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный
технический университет», 2015
2
1. Техника безопасности при проведении работы
При нахождении в учебной лаборатории теплотехники и тепловых
процессов кафедры Промышленная теплоэнергетика ФГБОУ ВПО «Липецкий
государственный технический университет» все сотрудники и студенты
университета должны соблюдать правила техники безопасности.
К работе на лабораторной установке допускаются лица, прошедшие
инструктаж и имеющие разрешение (допуск) на проведение работы от
руководителя занятий.
Лабораторный стенд является действующей моделью системы водяного
теплоснабжения с температурой теплоносителя 40...80°C и электрическим
нагревом воды. Стенд работает от электрической сети U = 380В и является
опасным оборудованием. Обслуживание стенда осуществляется учебным
мастером лаборатории. При работе стенд должен быть заземлен!
Выполняя лабораторную работу, необходимо выполнять следующие
требования.
Работа выполняется только с разрешения при непосредственном
включении в электрическую сеть лабораторной установки преподавателем или
учебным мастером. Работа выполняется при непрерывном контроле
преподавателя или учебного мастера.
1. Во избежание ожогов запрещается прикасаться к поверхностям элементов
лабораторной установки (котла, трубопроводов, арматуры и др).
2. Во время проведения лабораторной работы студентам запрещается
осуществлять какие-либо изменения гидравлического режима
экспериментального стенда (запрещается осуществлять переключение
котла, изменять степень открытия запорно-регулирующей арматуры на
трубопроводах) без разрешения преподавателя или учебного мастера.
3. Сотрудникам и студентам категорически запрещается выполнять
лабораторные работы и подходить к работающей лабораторной установке
в верхней одежде.
3
4. В случае травмирования сотрудника или студента необходимо оказать
пострадавшему первую медицинскую помощь. При необходимости
вызвать врача и уведомить руководителя занятий и службу охраны труда.
5. В случае грубого нарушения правил и норм по охране труда, приведшего к
причинению ущерба здоровью сотрудников и студентов, или приведшего к
аварии, работа или занятия приостанавливаются до ликвидации
нарушения и его последствий.
2. Цель работы
Цель работы состоит в определении потерь тепловой энергии в
окружающую среду от изолированного и неизолированного трубопроводов
циркуляционного контура водяного теплоснабжения аналитическим и
экспериментальным путем.
3. Теоретические основы
Тепловая изоляция поверхности трубопроводов современными
изоляционными материалами минимизирует потери тепловой энергии в
трубопроводных системах технологических установок, тепловых сетях,
системах отопления и др. Нормы по энергопотреблению, пожаробезопасности и
т.д. диктуют специальные требования к тепловой изоляции трубопроводов. Чем
жестче эти требования, тем актуальнее становится тема снижения потерь
тепловой энергии.
При транспорте теплоты по трубам возникают линейные Qл и местные Qм
тепловые потери.
Линейные потери тепла по длине прямых или криволинейных участков
труб (повороты, участки П-образных компенсаторов, отводы) определяют по
формуле:
Qл = ql, (1)
4
где q – удельные тепловые потери, Вт/м, принимаемые в зависимости от
разницы температур окружающей среды и поверхности трубы; l – длина
трубопровода, м, измеряемая мерной лентой.
Местные тепловые потери возникают в результате стока тепловой энергии
через опорные конструкции, фланцевые соединения, запорно-регулирующую
арматуру, сальниковые компенсаторы и прочие фасонные изделия. В практике
эти потери определяются приближенно при помощи использования
эквивалентных длин фланцев, арматуры, опор, тепловые потери которых
уравниваются с тепловыми потерями прямых участков труб того же диаметра:
Qм = qlэ, (2)
где lэ – суммарная эквивалентная длина фланцев, арматуры, опор и прочих
элементов трубопроводов, м.
При отсутствии данных о количестве опор, компенсаторов, фланцев и
арматуры на трубопроводе дополнительные потери тепла этими элементами при
условии их изолирования учитываются по формуле:
Q = Qл+Qм=ql(1+β1), (3)
где β1 – поправочный коэффициент к линейной длине трубопровода,
учитывающий эквивалентную длин теплоизолированных элементов
трубопровода (для подземной бесканальной прокладки труб β1 = 1,15, при
прокладке трубопроводов в каналах и тоннелях β1 = 1,2, для наземно- и
надземно-прокладываемых трубопроводов β1 = 1,25).
Качество тепловой изоляции трубопроводов оценивается коэффициентом
эффективности. Коэффициент эффективности теплоизоляции ɳи оценивается
выражением:
ɳи = , (4)
где Qи – потери изолированного трубопровода, Qн – тепловые потери
неизолированного трубопровода, кДж.
Значения коэффициента эффективности изоляции ɳи, например, для
трубопроводов тепловых сетей должны лежать в пределах 0,85 – 0,95.
5
Уравнение теплового баланса, выражающее равенство потерь теплоты и
уменьшение теплосодержания теплоносителя и позволяющее выражать
зависимость удельных тепловых потерь и температуры теплоносителя на входе
и на выходе из теплообменника, выглядит следующим образом:
ql(1+β1) = Gc(t1-t2), (5)
где q – удельные тепловые потери в начале участка трубопровода, кДж/кг*К; G –
расход теплоносителя, м3/с; с – теплоемкость теплоносителя, кДж/кг*К; t1, t2 –
температуры теплоносителя в начале и конце участка, °С.
Температура водяного теплоносителя в конце расчетного участка
выражается из (5) следующим образом:
t2 = . (6)
Удельные потери теплоты в трубопроводе рассчитываются по формуле:
q = , (7)
где t1 – температура теплоносителя на входе в участок трубопровода, °С; tн –
температура наружной стенки трубопровода, °С; – суммарное термическое
сопротивление стенки изолированного трубопровода, м2*град/Вт.
Суммарное термическое сопротивление стенки изолированного
трубопровода R
складывается из четырех компонентов:
tΣ
R
= Rвн + R
tΣ
+ Rиз+ R
тр
, (8)
нар
где Rвн – термическое сопротивление внутренней поверхности трубопровода,
м2*град/Вт, Rтр – термическое сопротивление материала стенки трубопровода,
м2*град/Вт; Rиз – термическое сопротивление теплоизоляционного материала
стенки трубопровода, м2*град/Вт, R
– термическое сопротивление на
нар
наружной поверхности стенки, м2*град/Вт.
Термическое сопротивление цилиндрической поверхности рассчитывается
по формуле:
R = , (9)
6
где d – наружный диаметр трубопровода, м., α – коэффициент теплоотдачи от
поверхности, Вт/м2*К.
Термическое сопротивление однородного цилиндрического слоя
выводится из уравнения Фурье, которое имеет вид:
R
= , (10)
тр
где λ – коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м*К, d1 и d2 –
внутренний и наружный диаметры слоя.
Термическое сопротивление внутренней поверхности трубопровода R
вн
на
практике принимают равным нулю, так как при высоких температурах
теплоносителя коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к поверхности α
принимает высокие значения (α>1000 Вт/м2*К) и сопротивлением можно
пренебречь.
Термическое сопротивление для неизолированного участка стенки
трубопровода R
где dвн, dн – внутренний и наружный диаметры трубы, м; α
определяется выражением:
тр
R
= , (11)
тр
тр
– коэффициент
н
теплоотдачи от стенки трубопровода, λтр – коэффициент теплопроводности
стенки трубы.
Термическое сопротивление для изоляционного участка трубопровода R
из
оценивается выражением:
R
= , (12)
из
где dн, dиз – диаметры наружные трубы и изоляции, α
из
– коэффициент
н
теплоотдачи от изоляции к воздуху, λиз – коэффициент теплопроводности
теплоизоляционного материала.
Для вспененного синтетического каучука λиз = 0,033 Вт/м*К, для
базальтовой ваты λиз = 0,032…0,048 Вт/м*К, для пенополиуретана λиз =
0,023…0,041 Вт/м*К.
7
Для определения термического сопротивления на поверхности
трубопровода необходимо знать коэффициент теплоотдачи αн от наружной
поверхности трубопровода к окружающему воздуху. Он складывается из двух
слагаемых:
αн = αл + αк, (13)
где αл – коэффициент теплоотдачи излучением, αк = коэффициент
теплоотдачи конвекцией.
Теплоперенос излучением зависит от материала и формы трубопровода,
размеров, температуры и взаимного расположения трубопроводов и
поверхностей, окружающих трубопровод. Коэффициент теплоотдачи
излучением вычисляется по формуле:
αл = bCпрφ, (14)
где b – температурный коэффициент, Cпр – приведенный коэффициент
излучения, Вт/м2*К; φ – коэффициент облученности (показывает степень
излучения – долю теплового потока – в помещение, остальное поглощается
близко расположенными, взаимно перекрывающими друг друга трубопроводами
и иными элементами лабораторной установки).
Для лабораторной работы мы примем φ = 0,5 и C
= 5,1 Вт/м2*К.
пр
Температурный коэффициент b при комнатных температурах можно
определить, исходя из средней температуры теплообменивающихся
поверхностей τср по формуле:
b = 0.81 + 0,01τср. (15)
τср можно определить, как:
где t
τср = t
– температура воздуха в помещении, ∆t – нормируемая разница
о.с.
- ∆t, (16)
о.с.
температуры между средней температурой воздуха в помещении и температурой
внутренней поверхности наружной стены помещения (принимается ∆t =
4…6°С), так как внутренние стены имеют температуру, примерно равную
температуре внутреннего воздуха.
8
Теплообмен конвекцией при свободном движении воздуха зависит от
разности температуры нагретой поверхности и температуры окружающего
воздуха. Коэффициент теплопередачи αк для нашего случая определяется
формулой:
0,33
)
, (17)
где τ
αк = 1,66(τ
– температура наружной поверхности трубопровода (вычисляется, как
пов
пов-tо.с.
среднее между температурой теплоносителя t1, поступающего в трубопровод, и
температурой теплоносителя t2, выходящего из трубопровода ).
4. Описание лабораторной установки
4.1. Устройство
Лабораторная установка представляет собой комплекс устройств,
моделирующих элементы реальных систем теплоснабжения. Принципиальная
схема гидравлической части лабораторной установки представлена на рис. 1,
внешний вид – на рис. 2.
На несущей раме стенда установлен электрокотел К для нагрева
теплоносителя в системе. Котел соединен трубопроводами с приборами модели
системы отопления О1 и О2 и исследуемыми трубопроводами П1 и П2. Также в
установке присутствуют следующие элементы:
9
Рис. 1. Принципиальная схема гидравлической части лабораторной
установки:
К – электрокотел, О1 и О2 – отопительные приборы, П1 – исследуемый
трубопровод без изоляции, П2 – исследуемый трубопровод с изоляцией, V1 и V2
– ультразвуковые расходомеры, РК1 и РК2 – распределительные коллекторы, Н1
– насос электрокотла, Н2 – циркуляционный насос, М1 и М2 – манометры, ВО1
и ВО2 – воздухоотводчики, РБ – расширительный бачок, В1-В11 – запорнорегулирующая арматура, С1 и С2 – предохранительные клапаны, t1-t5 –
температурные датчики
Рис.2. Внешний вид лабораторной установки
o ультразвуковые расходомеры V1 и V2 для измерения расхода
теплоносителя в системе;
o распределительные коллекторы РК1 и РК2, позволяющие регулировать и
направлять потоки теплоносителя к одному из двух приборов отопления;
одному из двух теплообменников; насосу, повышающему расход в системе,
а также позволяющие комбинировать подключения этих элементов в
любом порядке;
o котловой и циркуляционный насосы Н1 и Н2, обеспечивающие
циркуляцию теплоносителя по трубопроводам стенда;
o манометры М1 и М2, измеряющие давление системы в заданных точках
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]