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
.