3.6.Тепловой расчет.

В задачу теплового расчета входит решение следующих вопросов:

1)определение тепловых потерь теплопровода;

2)расчет температурного поля вокруг теплопровода, т. е. определение температур изоляции, воздуха в канале, стен канала, грунта;

3)расчет падения температуры теплоносителя вдоль теплопровода;

4)выбор толщины тепловой изоляции теплопро­вода.

Количество теплоты, проходящей в единицу времени через цепь последовательно соединенных термических сопротивлений, определяется по формуле:

При тепловом расчете тепловых сетей приходится обычно определять тепловые потоки через слои и поверх­ности цилиндрической формы.

В изолированном трубопроводе, окруженном наруж­ным воздухом, теплота должна пройти через четыре после­довательно соединенных сопротивления: внутреннюю по­верхность трубы, стенку трубы, слой изоляции и наружную поверхность изоляции. Так как суммарное сопротивление равно арифметической сумме последовательно соединен­ных сопротивлений, то в этом случае

В изолированных трубопроводах основное значение имеет термическое сопротивление слоя изоляции.

В тепловом расчете встречаются два вида термических сопротивлений:

а)сопротивление поверхности и

б)сопротивление слоя, и

3.6.1.Термическое сопротивление поверхности.

Термическое сопротивление цилиндрической поверхности определяет­ся по формуле:

При тепловом расчете диаметр трубопровода являет­ся заданным. Коэффициент теплоотдачи а от наружной поверхности теплопровода к окружающему воздуху явля­ется суммой двух слагаемых — коэффициента теплоотда­чи излучением а_л и коэффициента теплоотдачи конвек­цией а_к

а = а_л + а_к.

Коэффициент теплоотдачи излучением может быть подсчитан по формуле Стефана — Больцмана:

Коэффициент излучения «серых» тел, к которым отно­сятся поверхности трубопроводов, изоляционных конст­рукций и т. п., имеет значения 4,4—5,0 Вт/м²К⁴. Коэффи­циент теплоотдачи от горизонтальных трубок к воздуху при естественной конвекции, Вт/м²К, можно определить по формуле Нуссельта:

При вынужденной конвекции воздуха или ветре коэф­фициент теплоотдачи:

Для определения коэффициента теплоотдачи необходимо знать температуру поверх­ности. Так как при определении тепловых потерь тем­пература поверхности теплопровода обычно заранее не известна, задача решается методом последовательных при­ближений. Предварительно задаются коэффициентом теп­лоотдачи наружной поверхности теплопровода а, опреде­ляют удельные тепловые потери q и температуру поверх­ности проверяют правильность принятого значения коэффициента теплоотдачи а.

При определении тепловых потерь изолированных теп­лопроводов можно проверочного расчета не проводить, так как термическое сопротивление поверхности изоляции срав­нительно невелико по сравнению с термическим сопротив­лением слоя изоляции. Стопроцентная ошибка при выборе коэффициента теплоотдачи поверхности приводит обычно к ошибке в определении тепловых потерь, не превышающей 3—5 %.

Для предварительного определения коэффициента теплоотдачи поверхности изолированного теплопровода, Вт/м²К, когда температура поверхности неизвестна, может быть применена формула:

Коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к внут­ренней поверхности трубопровода весьма высоки, что оп­ределяет столь малые значения термического сопротивле­ния внутренней поверхности трубопровода, которыми при практических расчетах можно пренебречь.