22

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Утверждено на

заседании кафедры

теплогазоснабжения 00.00.0000 г.

Методические указания по выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «тепломассообмен»

РОСТОВ-НА-ДОНУ

2010

УДК __.__

Методические указания по выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Тепломассообмен». – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2010. – 22 с.

Курс «Тепломассообмен» является базовой дисциплиной для студентов дневной и заочной формы обучения специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция». В методических указания приведены основные расчетные зависимости теплопередачи через многослойные цилиндрические стенки. Задачи определения тепловых потерь имеют практическое применение при транспорте тепловой энергии.

Составитель:

канд. техн. наук, доцент С.А. Тихомиров

Редактор Н.Е. Гладких

Темплан 2010 г., поз. 228

______________________________________________________________________

Подписано в печать 00.00.10. Формат 60х84 1/16

Бумага писчая Ризограф. Уч. – изд.л. 1,2

Тираж 100 экз. Заказ

______________________________________________________________________

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

© Ростовский государственный строительный университет, 2010

Введение

Передача тепла от одной подвижной среды (жидкости или газа) к другой через разделяющую их однослойную или многослойную твердую стенку любой формы называется теплопередачей. Теплопередача включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости к стенке, теплопроводность в стенке и теплоотдачу от стенки к более холодной подвижной среде. Для решения такой задачи необходимо задаться толщиной стенки, ее коэффициентами теплопроводности, температурами движущихся сред, а также коэффициентами теплоотдачи. Чтобы рассматривать изменение температуры жидкостей и стенки только в направлении, перпендикулярном плоскости стенки, считают, что эти температуры постоянны и не меняются вдоль поверхности. Кроме того, постоянны и коэффициенты теплоотдачи.

При заданных условиях необходимо найти тепловой поток от горячей жидкости к холодной и температуры на поверхностях стенки. Плотность теплового потока от горячей жидкости к стенке определяется по закону Ньютона-Рихмана. При стационарном тепловом режиме тот же тепловой поток пройдет путем теплопроводности через твердую стенку, и тот же поток передается от второй поверхности стенки к холодной жидкости за счет теплоотдачи.

Интенсивность передачи теплоты от одной жидкости к другой через разделяющую их стенку характеризует коэффициент теплопередачи. Он численно равен количеству теплоты, которое передается через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между жидкостями в один градус. Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется полным термическим сопротивлением теплопередачи. Оно складывается из частных термических сопротивлений: термического сопротивления теплоотдачи от горячей жидкости к поверхности стенки, сопротивления теплопроводности стенки, сопротивления теплоотдачи от поверхности стенки к холодной жидкости. Поскольку общее термическое сопротивление состоит из частных термических сопротивлений, то в случае многослойной стенки нужно учитывать термическое сопротивление каждого слоя.

Приведенные в методических указаниях расчетные зависимости теплопередачи через многослойные цилиндрические стенки имеют практическое применение при транспорте тепловой энергии в виде задачи определения тепловых потерь. Двухтрубные закрытые системы транспорта тепловой энергии состоят из подающего и обратного трубопроводов. По подающему трубопроводу нагретая вода транспортируется от источника тепловой энергии потребителю. По обратному трубопроводу охлажденная сетевая вода возвращается от потребителя к источнику для повторного подогрева. Для городов и населенных пунктов по архитектурным соображениям в основном применяется подземная прокладка теплопроводов. Для промышленных площадок подземная прокладка используется при высокой насыщенности подземных коммуникаций с целью упорядочения технологических прокладок в одном коллекторе с теплопроводами. Канальные прокладки подземных теплопроводов предназначены для защиты трубопроводов от механического воздействия грунтов и коррозионного влияния почвы. Бесканальная прокладка – более экономичный способ строительства систем транспорта тепловой энергии. Воздушный способ прокладки получил распространение на территориях промышленных предприятий и на площадях, свободных от застроек. Неоспоримо ее преимущество и в районах с высоким уровнем грунтовых вод или с сильно пересеченным рельефом. Также она имеет эксплуатационные преимущества: лучшая доступность и обозреваемость сетей, способствующие своевременному устранению неисправностей, отсутствие разрушающего влияния грунтовых вод, повышение долговечности и снижение стоимости сетей по сравнению с канальной прокладкой.

Экономическая эффективность систем транспорта тепловой энергии при современных масштабах теплового потребления в значительной мере зависит от тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Тепловая изоляция служит для уменьшения тепловых потерь и обеспечения допустимой температуры изолируемой поверхности. Борьба за снижение транспортных потерь тепла в теплопроводах является важнейшим средством экономии топливных ресурсов. Качественное изолирование повышает стойкость металла против коррозии, в результате которой существенно увеличивается срок службы трубопроводов. Тепловая изоляция позволяет сохранить высокие параметры теплоносителя на большом удалении от источника тепла.

Тепловая изоляция трубопроводов применяется при всех способах прокладки систем транспорта тепловой энергии независимо от температуры теплоносителя. Теплоизоляционные материалы непосредственно контактируют с внешней средой, для которой свойственны непрерывные колебания температуры, влажности и давления. В крайне неблагоприятных условиях находится теплоизоляция подземных и особенно бесканальных теплопроводов. Ввиду этого теплоизоляционные материалы и конструкции должны удовлетворять целому ряду требований.

Материалы, используемые в качестве теплоизолятора, должны обладать высокими теплозащитными свойствами и низким водопоглощением в течение длительного срока эксплуатации. Водопоглощение и гидрофобность (свойство поверхностного водоотталкивания) имеют большое значение для сохранения начальных теплофизических свойств теплоизоляционного материала. Коэффициент теплопроводности большинства сухих изоляционных материалов изменяется в пределах 0,036 - 0,25 Вт/м·ºС, и с увлажнением коэффициент теплопроводности увеличивается иногда в 3–4 раза. Высокие требования предъявляются к химической чистоте изоляторов. Изоляционные материалы, содержащие химические соединения, коррозионно-агрессивные к металлу, не допускаются к применению, так как при увлажнении эти соединения легко вымываются из теплоизоляции, попадая на металлические поверхности, вызывают коррозию. Состояние тепловой изоляции и ее долговечность зависят также от режимов работы теплопровода.

В конструкцию тепловой изоляции входит антикоррозионное покрытие металлических поверхностей, основной теплоизоляционный слой, армирующие и крепежные изделия, наружная отделка изоляции. Для защиты от коррозии применяют битумные мастики и пасты, различные лаки и эмали на битумной основе, смолы и краски, рулонные материалы, полиэтиленовые липкие пленки, ленты и др. Основной изоляционный слой выполняют из материалов, отвечающих требованиям теплоизолятора. Толщина этого слоя принимается в зависимости от теплофизических свойств материала. Наружная отделка состоит из покровного слоя и защитного покрытия. Покровный слой, выполняемый небольшой толщиной (10-20 мм), служит для предохранения основного слоя от атмосферных осадков, грунтовой влаги и механического повреждения. Защитное покрытие наносят на покровный слой наклеиванием водоотталкивающих рулонных или тканых материалов. Такая защита повышает надежность покровного слоя, особенно в агрессивных средах.

В настоящее время для бесканальной прокладки систем транспорта тепловой энергии нашли применение трубопроводы, предварительно изолированные пенополиуретаном в индустриальной изоляции. Они имеют следующие преимущества: срок эксплуатации составляет 30 лет, эксплуатационные затраты снижены в 2-3 раза, данные трубопроводы имеют систему оперативного дистанционного контроля. Констркуция представляет собой стальную трубу, изолированную пенополиуретаном, покрытую наружной оболочкой из стойкого полиэтилена высокой плотности.