Визначення теплових втрат теплоізольованого трубопроводу

Міністерство освіти Російської федерації
Іркутський Державний Технічний Університет
Енергетичний факультет
Кафедра теплоенергетики
Контрольна робота № 2
«Визначення теплових втрат теплоізольованого трубопроводу»
Іркутськ 2009

Завдання:
По горизонтальному сталевому трубопроводу, внутрішній і зовнішній діаметри якого і відповідно, рухається вода з середньою швидкістю . Середня температура води . Трубопровід покритий теплоізоляцією і охолоджується від природної конвекції сухим повітрям з температурою .
Виконати наступні дії:
1. визначити зовнішній діаметр ізоляції, при якому на зовнішній поверхні ізоляції встановлюється температура .
2. визначити лінійний коефіцієнт теплопередачі від води до повітря , Вт / (м × К)
3. втрати теплоти з 1 м . трубопроводу , Вт / м
4. визначити температуру зовнішньої поверхні сталевого трубопроводу , ° С
5. провести аналіз придатності ізоляції.
При вирішенні завдання прийняти наступні пропозиції:
1. потік води в трубопроводі є термічно стабілізованою
2. між зовнішньою поверхнею сталевого трубопроводу і внутрішньою поверхнею ізоляції існує ідеальний тепловий контакт
3. теплопровідність стали Вт / (м × К) та ізоляції не залежить від температури.
Зовнішній діаметр ізоляції повинен бути розрахований з такою точністю, щоб температура на зовнішній поверхні ізоляції відрізнялася від заданої температури не більш ніж на 0,5 ° С.

Алгоритм виконання:

Визначаємо:
- Теплофізичні параметри води при
- Теплофізичні параметри повітря при
вважаємо

SHAPE \ * MERGEFORMAT

Визначаємо:
- Теплофізичні параметри середовища при
- Коефіцієнт тепловіддачі
- Коефіцієнт тепловіддачі

-
-
-
-

SHAPE \ * MERGEFORMAT

Якщо перехід на наступний рівень

Якщо то кінець

Вихідні дані:

, М	, М	, М / с	, ° С	, ° С	, ° С	Асбозуріт , Вт / (м × К)
0,02	0,025	0,05	100	20	40	0,213

Обробка даних:
Теплофізичні параметри води при = 100, ° С:

, Вт / (м × К)	, Па × з	, М 2 / с	Pr
68,3 × 10 -2	283,5 × 10 -6	0,295 × 10 -6	1,75

Теплофізичні параметри повітря при = 20, ° С:

, Вт / (м × К)	, Па × з	, М 2 / с	Pr
2,59 × 10 -2	18,1 × 10 -6	15,06 × 10 -6	0,703

Вважаємо, що
Перше наближення:
Теплофізичні параметри води при = 100, ° С:

, Вт / (м × К)	, Па × з	, М 2 / с	Pr
+68,3 × 10 -2	283,5 × 10 -6	0,295 × 10 -6	1,75

Визначаємо число Рейнольдса:

- Перехідний режим течії.
Звідси Число Нуссельта:



Число Грасгофа:

Коефіцієнт об'ємного розширення:

Коефіцієнт тепловіддачі:









Друге наближення:
Теплофізичні параметри води при = 98,476, ° С:

, Вт / (м × К)	, Па × з	, М 2 / с	Pr
68,254 × 10 -2	287,437 × 10 -6	0,300 × 10 -6	1,78

Визначаємо число Рейнольдса:

- Перехідний режим течії.
Звідси Число Нуссельта:



Число Грасгофа:


Коефіцієнт об'ємного розширення:

Коефіцієнт тепловіддачі:








Третє наближення:
Теплофізичні параметри води при = 98,611, ° С:

, Вт / (м × К)	, Па × з	, М 2 / с	Pr
68,258 × 10 -2	287 × 10 -6	0,2993 × 10 -6	1,778

Визначаємо число Рейнольдса:


- Перехідний режим течії.
Звідси Число Нуссельта:

Число Грасгофа:

Коефіцієнт об'ємного розширення:

Коефіцієнт тепловіддачі:










Таблиця розрахункових даних:

Наближення		,
Перше	0,133	0,194	48,733	98,476
Друге	0,154	0,1764	44,31	98,611
Третє	0,155	0,1717	43,131	98,649	98,618

Аналіз придатності ізоляції:

Порівняємо
0,09627> 0,025
Звідси робимо висновок, ізоляція погана.
Висновок:
Методом наближень визначили зовнішній діаметр ізоляції за умови, що температура на зовнішній поверхні ізоляції відрізнялася від заданої температури не більш ніж на 0,5 .
У даній роботі ми визначили діаметр ізоляції так, що точність між температурами приблизно 0,1 ° С, при цьому товщина ізоляції з асбозуріта дорівнює приблизно 6,75 см , А теплові втрати рівні 43,131 .