Министерство образования Российской федерации
Иркутский Государственный Технический Университет
Энергетический факультет
Кафедра теплоэнергетики
Контрольная работа №2
«Определение тепловых потерь теплоизолированного трубопровода»
Иркутск 2009
Задание:
По горизонтальному стальному трубопроводу, внутренний и наружный диаметры которого и соответственно, движется вода со средней скоростью . Средняя температура воды . Трубопровод покрыт теплоизоляцией и охлаждается посредством естественной конвекции сухим воздухом с температурой .
Выполнить следующие действия:
1. определить наружный диаметр изоляции, при котором на внешней поверхности изоляции устанавливается температура .
2. определить линейный коэффициент теплопередачи от воды к воздуху, Вт/(м×К)
3. потери теплоты с 1 м. трубопровода , Вт/м
4. определить температуру наружной поверхности стального трубопровода ,°С
5. провести анализ пригодности изоляции.
При решении задачи принять следующие предложения:
1. течение воды в трубопроводе является термически стабилизированным
2. между наружной поверхностью стального трубопровода и внутренней поверхностью изоляции существует идеальный тепловой контакт
3. теплопроводность стали Вт/(м×К) и изоляции не зависит от температуры.
Наружный диаметр изоляции должен быть рассчитан с такой точностью, чтобы температура на наружной поверхности изоляции отличалась от заданной температуры не более чем на 0,5 °С.
Алгоритм выполнения:
Определяем:
- теплофизические параметры воды при
- теплофизические параметры воздуха при
полагаем
Определяем:
- теплофизические параметры среды при
- коэффициент теплоотдачи
- коэффициент теплоотдачи
-
-
-
-
Если переход на следующий уровень
Если то конец
Исходные данные:
| ,м | ,м | ,м/с | ,°С | ,°С | ,°С | Асбозурит , Вт/(м×К) |
| 0,02 | 0,025 | 0,05 | 100 | 20 | 40 | 0,213 |
Обработка данных:
Теплофизические параметры воды при =100,°С:
| , Вт/(м×К) | , Па×с | , м2
/с |
Pr |
| 68,3×10-2
|
283,5×10-6
|
0,295×10-6
|
1,75 |
Теплофизические параметры воздуха при =20,°С:
| , Вт/(м×К) | , Па×с | , м2
/с |
Pr |
| 2,59×10-2
|
18,1×10-6
|
15,06×10-6
|
0,703 |
Полагаем, что
Первое приближение:
Теплофизические параметры
| , Вт/(м×К) | , Па×с | , м2
/с |
Pr |
| 68,3×10-2
|
283,5×10-6
|
0,295×10-6
|
1,75 |
Определяем число Рейнольдса:
- переходный режим течения.
Отсюда Число Нуссельта:
Число Грасгофа:
Коэффициент объемного расширения:
Коэффициент теплоотдачи:
Второе приближение:
Теплофизические параметры воды при =98,476,°С:
| , Вт/(м×К) | , Па×с | , м2
/с |
Pr |
| 68,254×10-2
|
287,437×10-6
|
0,300×10-6
|
1,78 |
Определяем число Рейнольдса:
- переходный режим течения.
Отсюда Число Нуссельта:
Число Грасгофа:
Коэффициент объемного расширения:
Коэффициент теплоотдачи:
Третье приближение:
Теплофизические параметры воды при =98,611,°С:
, Вт/(м×К) |
, Па×с | , м2
/с |
Pr |
| 68,258×10-2
|
287×10-6
|
0,2993×10-6
|
1,778 |
Определяем число Рейнольдса:
- переходный режим течения.
Отсюда Число Нуссельта:
Число Грасгофа:
Коэффициент объемного расширения:
Коэффициент теплоотдачи:
Таблица расчетных данных:
| Приближение | , | ||||
| Первое | 0,133 | 0,194 | 48,733 | 98,476 | |
| Второе | 0,154 | 0,1764 | 44,31 | 98,611 | |
| Третье | 0,155 | 0,1717 | 43,131 | 98,649 | 98,618 |
Анализ пригодности изоляции:
Сравним
0,09627>0,025
Отсюда делаем вывод, изоляция плохая.
Вывод:
Методом приближений определили наружный диаметр изоляции при условии, что температура на наружной поверхности изоляции отличалась от заданной температуры не более чем на 0,5 .
В данной работе мы определили диаметр изоляции так, что точность между температурами приблизительно 0,1 °С, при этом толщина изоляции из асбозурита равна примерно 6,75 см, а тепловые потери равны 43,131.