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 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 |
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
.
|