Линейный коэффициент теплопередачи стальной трубы

1.а) стенка стальная, чистая, толщиной =14 мм, теплопроводность стали = 50 Вт/(м*К).

Находим коэффициент теплопередачи стальной стенки k:

Термическое сопротивление стали

Плотность теплового потока в стальной стенке:

Величина теплового потока Q численно равна плотности теплового потока q, т.к. площадь поверхности F =1 и время =1.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности в данном случае равен теплопроводности стали = 50 Вт/(м*К), т.к. стенка однослойная.

1. б) стенка медная, чистая, толщиной =14 мм, теплопроводность меди = 350 Вт/(м*К);

1.в) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи = 9 мм, теплопроводность накипи = 2 Вт/(м*К);

1. г) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи = 9 мм, теплопроводность накипи = 2 Вт/(м*К), поверх накипи имеется слой масла толщиной , теплопроводность масла = 0,1 Вт/(м*К);

1.д) то же, что и в случае г), но со стороны газов стенка покрыта слоем сажи толщиной 0,2 Вт/(м*К).

Коэффициент теплопередачи в такой многослойной стенке

2. Примем плотность потока тепла для случая а) за 100%, подсчитаем плотности потоков тепла для остальных случаев:

3. Определим расчетным путем температуры всех поверхностей слоев стенки для случая д), для этого используем следующее уравнение:

а) температура на поверхности стенки со стороны газов

б) температура на границе между слоем сажи и сталью

в) температура на границе между стальной стенкой и слоем накипи

г) температура на границе между слоем накипи и слоем масла

д) температура на поверхности стенки со стороны воды

4. Проверим расчетные температуры графически.

Получили

5. Построим для случая д) линию падения температуры в стенке.

Задание 2.Конвективный теплообмен и теплопередача через многослойную цилиндрическую стенку.

По горизонтальному стальному трубопроводу (рис.1), с внутренним и наружным диаметром соответственно D₁ = 25мм и D₂ = 32мм движется вода со средней скоростью w_ж1 = 0,03м/с. Средняя температура воды t_ж1 = 140 Трубопровод изолирован асбестом и охлаждается посредством естественной конвекции сухим воздухом с температурой t_ж2 = 22 Определить наружный диаметр изоляции, при котором на внешней поверхности изоляции устанавливается температура t_ст3 = 44 . Определить линейный коэффициент теплопередачи от воды к воздуху k₁ (Вт/м 2 К), потери теплоты с одного погонного метра трубопровода q_l (Вт/м), а также температуру наружной поверхности стального трубопровода t_ст2.

Рассчитать, целесообразно или нет применять в качестве теплоизоляционного материала асбест? Приводит ли асбестовая изоляция к уменьшению теплового потока с поверхности трубопровода?

Применять следующие упрощающие предположения:

— течение воды в трубопроводе термически стабилизированное;

— между наружной поверхностью стального трубопровода и внутренней поверхностью изоляции существует идеальный тепловой контакт;

— считать, что теплопроводность стали ₁=50 Вт/м*К и асбеста ₂= 0,12 Вт/м*К не зависит от температуры.

Наружный диаметр изоляции должен быть рассчитан с такой точностью, чтобы температура на наружной поверхности изоляции отличалась от заданной не более чем на 0,1

1. Определим режим течения жидкости

2. Найдем коэффициент теплоотдачи α₁, для этого сначала рассчитаем число Нуссельта

Т.к. температура стенки неизвестна, то в первом приближении задаемся значением

, при этой температуре _ст1=2,184

Отсюда

3. Найдем

Первое приближение; теплообмен между наружной поверхностью изоляции и воздухом – это свободная конвекция. Для этого случая критериальное уравнение такое:

0,25

а)

температурой воздуха и температурой поверхности изоляции:

б) труба расположена горизонтально и при свободной конвекции обтекается воздухом поперечно. При таком обтекании характерный размер – наружный диаметр изоляции, который пока неизвестен, поэтому в первом приближении будем считать .

0,25 =14,77

4. Найдем наружный диаметр изоляции D₃.

5. Определим линейный коэффициент теплопередачи от воды к воздуху:

6. Определим потери теплоты с одного погонного метра трубопровода:

7. Определим температуру наружной поверхности стального трубопровода:

8. Рассчитаем эффективность асбестовой изоляции. Для этого найдем потери теплоты с неизолированного стального трубопровода:

и сравним его с найденной ранее величиной потерь с изолированного трубопровода. Очевидно, что изоляция асбестом в данном случае весьма эффективна.

Список рекомендуемой литературы

1. Транспортная энергетика: Учебник /Котиков Ю.Г., Ложкин В.Н. М.: Академия. – 2006 — 272 с.

2. Теплотехника: Учеб. для вузов /В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камодер и др.; Под ред. В.Н. Луканина. – 4-е изд., испр.. – М.: Высшая шк.. 2003 – 671 с.: ил.

Рабинович О. М. Сборник задач по технической термодинамике. Учебник для ВУЗов. – М.: «Машиностроение», 1973 – 348 с.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 10083 — | 7750 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Как известно, стальные трубы обладают высокой теплоотдачей, в некоторых случаях это дает положительный результат, но достаточно часто является и причиной возникновения многих трудностей. Поэтому, монтируя различные системы, приходится сталкиваться с необходимостью выполнить расчет теплоотдачи трубы.

В каких случаях необходим расчет?

Если быть точным, то расчет теплоотдачи выполняется только для одной цели, он позволяет определить, какое количество тепла выделяется с поверхности трубы.

Но необходимы такие данные в двух противоположных случаях:

• Расчет эффективности отопления. В данном случае определяется необходимый диаметр элементов отопительной системы для получения требуемой температуры в помещении.
• Расчет теплопотерь выполняется для выбора наиболее эффективных материалов для утепления коммуникаций.

Расчет теплоотдачи стальных труб в обоих случаях выполняется по одной методике.

Методика расчета

Формула определения теплоотдачи достаточно проста, но стоит учитывать то, что она дает приблизительные результаты. Существует множество нюансов, оказывающих свое влияние. Поэтому, если вам необходимы точные данные, какая теплоотдача именно при ваших условиях, лучше обратиться к специалисту.

Q=K x F x ∆t,

где: Q – теплоотдача, Ккал/ч

K – коэффициент теплопроводности стальной трубы, Ккал/(кв м х ч х 0 С)

F – площадь нагреваемой поверхности труб, кв м

∆t – тепловой напор, 0 С

Коэффициент теплопроводности зависит не только от материала, из которого изготовлены трубы.

Большую роль играют и следующие данные:

• Диаметр
• Количество ниток (линий) обогревательного устройства
• Тепловой напор изделия

Он, в свою очередь, определяется по целому ряду сложных формул, поэтому проще пользоваться специальными таблицами, в которых имеются средние данные.

Так для стальных труб он может варьироваться от 8 до 12,5.

Площадь поверхности определяется по простейшим формулам из школьного курса геометрии, так для трубы круглого сечения она равняется площади цилиндра:

F = П х d x l,

d – диаметр трубы

Тепловой напор определяется по следующей формуле:

где: t_п – температура теплоносителя на входе, градусов

t_о – температура теплоносителя на выходе, градусов

t_в – температура в помещении, градусов

Если вас интересует теоретическая теплоотдача стальной трубы, то согласно СНиП применяются следующие значения теплового напора:

Следовательно, тепловой напор ∆t = 55 градусов.

Если вы будете выполнять расчет для трубы, которая имеет теплоизоляцию, то полученный результат необходимо будет умножить коэффициент полезного действия утеплителя.

Пример расчета

В качестве примера рассчитаем, сколько тепла отдает стальная труба с такими параметрами – диаметр 25 мм, длина 1 метр. Расчет делаем теоретический, следовательно, тепловой напор 55 градусов, труба не утеплена.

Определяем площадь поверхности:

F = 3,14 х 0,025 х 1 = 0,0785 кв м

Из таблицы выбираем значение коэффициента теплопроводности. Для регистра в одну нитку, с диаметром меньшим 40 мм, при тепловом напоре 55 градусов, имеем К = 11,5.

Q = 11,5 х 0,0785 х 55 = 49,65 Ккал/ч

Как видите, в теории все достаточно просто, но практика значительно отличается от теории. Поэтому самостоятельно выполнять подобные расчеты можно только в самых простых случаях.

Как увеличить теплоотдачу?

Благодаря имеющемуся соотношению объема трубы к площади ее поверхности, достаточно часто возникает необходимость увеличить ее способность отдавать тепло. Это требуется для наиболее эффективного отопления помещений.

О том, как увеличить теплоотдачу трубы, известно уже давно, на практике применяли и применяют следующие способы.

Пример эффективного увеличения теплоотдачи – конвектор, применявшийся в системах отопления еще в советские времена. Он представлял собой согнутую трубу (U-образная форма) с наваренными перпендикулярно ей пластинами. Данный метод называется оребрение, он применяется и в современных отопительных устройствах.

Неплохой результат дает и окраска излучающих тепло поверхностей матовой черной краской. Конечно это не слишком хороший вариант с точки зрения дизайнера, но он существенно повышает инфракрасное излучение прибора.

Обеспечить более высокую теплоотдачу системы отопления можно было путем увеличения площади поверхности нагревательных элементов.

Раньше это достигалось несколькими способами:

• Увеличение длины труб. Простой пример – обычный полотенцесушитель, коэффициент теплоотдачи трубы, конечно, не меняется, более эффективный обогрев получали именно за счет увеличения длины.
• Еще один способ повышения эффективности отопления — применение регистров. Они представляют собой несколько параллельных линий труб, отдача тепла и в этом случае достигалась за счет увеличения рабочей площади устройства. Конечно, сравнивать теплоотдачу регистра и современных отопительных приборов нельзя, но в недавнем прошлом подобная конструкция во многих случаях становилась единственно возможной.

Появление новых материалов дало возможность использовать другие способы повышения эффективности отопления. Самый популярный — теплый водяной пол, правда, в последнее время стальные трубы в этой сфере не применяются, появились более современные материалы, но принцип тот же.

Существенное увеличение длины греющих элементов позволяет получить эффективное отопление.

Сейчас для монтажа систем водяного теплого пола, в основном, применяют металлопластик и другие виды полимерных труб.

При использовании металлопластиковых труб не стоит забывать о том, что не следует замуровывать в стяжку фитинги, особенно компрессионные. Лучше всего, если вся линия будет проложена целой трубой.

В связи с тем, что теплоотдача трубы стальной все-таки ограничена, все чаще стали применяться другие материалы, например алюминий. Радиаторы из него обладают высоким коэффициентом теплоотдачи.

Утепление труб

Если в отапливаемых помещениях все делается для того, чтобы взять от трубы как можно больше тепла, то в магистральных линиях существует совершенно противоположная потребность — снизить теплоотдачу по максимуму.

Для этого применяется утепление труб.

Рынок материалов для этих целей достаточно обширен, поэтому проблем с выбором утеплителя не возникает никаких. Кроме наиболее дешевых стекловолоконных утеплителей, применяют базальтовую вату, пенополиуретан, пенополистирол.

Наиболее эффективно теплоотдача труб стальных может быть снижена в заводских условиях. Выпуск труб со слоем утеплителя и полиэтилена постоянно увеличивается, на сегодняшний день монтаж магистралей отопления из таких материалов является одним из лучших способов снижения теплопотерь.

Как видите, знание фактической теплоотдачи необходимо для решения многих технических проблем, связанных с сооружением систем горячего водоснабжения и отопления. Поэтому при проектировке данных систем обязательно выполняйте подобные расчеты, а еще лучше доверьте это специалисту.

страница	1/11
Дата	07.03.2018
Размер	0.74 Mb.
Название файла	Задачи малая.docx
Учебное заведение	Саратовский Государственный Технический Университет
Тип	Задача

Навигация по данной странице:
• Отчёт по практическим занятиям

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Саратовский Государственный Технический Университет имени Гагарина Ю.А. Кафедра «Теплогазоснабжение, вентиляция, водообеспечение и прикладная гидрогазодинамика» Профиль: Теплогазоснабжение и вентиляция (дневная форма обучения) Отчёт по практическим занятиям Теплоснабжение и теплогенерирующие установки Выполнил: студент 4 курса, группы б4-СТЗС41 Сикерина Ирина Анатольевна Принял: доцент кафедры ТГВ По стальной трубе с внутренним диаметром d1 = 210 мм и внешним диаметром d2 = 224 мм, течет газ со средней температурой Тж1 = 700 о С. Коэффициент теплопроводности материала трубы λ = 40 Вт/(м∙К), а коэффициент теплоотдачи от газа к стенке α1 = 70 Вт/(м 2 ∙К). Снаружи труба охлаждается водой со средней температурой Тж2 = 170 о С, коэффициент теплоотдачи от стенки к воде α2 = 3000 Вт/(м 2 ∙К). Определить линейный коэффициент теплопередачи от газа к воде и линейную плотность теплового потока. Найти температуры на внутренней и внешней поверхности трубы. Решение. Линейное термическое сопротивление теплоотдачи на внутренней поверхности трубы . Линейное термическое сопротивление на внешней поверхности трубы . Линейное термическое сопротивление теплопроводности стенки трубы . Линейный коэффициент теплопередачи от газа к воде . Линейная плотность теплового потока . Температура на внутренней поверхности трубы . Температура на внешней поверхности трубы или . В котле вода нагревается за счет сжигания угля, толщина стенки котла δ = 20 мм, температура дымовых газов Тж1 = 1000 0 С, температура воды Тж2 = = 200 0 С. Коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке α1 = 100 Вт/(м 2 ∙К), от стенки к воде α2= 2000 Вт/(м 2 ∙К), а коэффициент теплопроводности материала стенки λ = 50 Вт/(м·К). В процессе эксплуатации поверхность нагрева со стороны дымовых газов покрылась слоем сажи толщиной δс = 1 мм с коэффициентом теплопроводности λс = 0,093 Вт/(м∙К), и со стороны воды слоем накипи толщиной δн = 2 мм и коэффициентом теплопроводности λн = 0,93 Вт/(м∙К). Определить температуры Тс1 и Тс2 на поверхностях стенки чистого котла и плотность теплового потока. Определить плотность теплового потока с учетом отложений на стенках котла и определить уменьшение тепловой нагрузки в процентах. Найти температуры на поверхностях соответствующих слоев Тс1, Тс2, Тс3, Тс4. Решение. Коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде для чистого котла . Плотность теплового потока . Температура стенки котла со стороны дымовых газов . Температура стенки котла со стороны воды . Коэффициент теплопередачи от газов к воде с учетом загрязнений поверхностей котла . Плотность теплового потока с учетом загрязнений . Уменьшение тепловой нагрузки за счет загрязнений поверхностей котла . Температура на поверхности слоя сажи . Температура стенки котла со стороны дымовых газов . Температура стенки котла со стороны воды . Температура на поверхности слоя накипи со стороны воды . В водо–водяном ядерном реакторе стержневой тепловыделяющий элемент (твэл) выполнен из двуокиси урана с тонкостенной оболочкой из нержавеющей стали. Длина активной части твэла l= 3 м, диаметр d = 9,5 мм, мощность внутренних источников тепла qv=3·10 8 Вт/м 3 . Выделившаяся теплота отводится к жидкости с температурой Тж = 340 0 С. Коэффициент теплопроводности материала стержня λ = 3 Вт/(м∙К), коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости α = 25000 Вт/(м 2 ·К). Определить температуру стенки Тс твэла, температуру топлива на оси стержня Т0 тепловой поток Q и объем топлива в стержне V. Решение. Температура наружной поверхности элемента Температура топлива на оси стержня Объем топлива в твэле Стальной вал диаметром d = 250 мм с начальной температурой Т0 = 20 0 С, который можно условно считать сплошным цилиндром бесконечной длины, обогревается снаружи паром температурой Тж = 270 0 С в течение времени τ = 1,4 ч, коэффициент теплоотдачи от пара к поверхности вала α = 100 Вт/(м 2 ∙К); коэффициент теплопроводности материала вала λст = 50 Вт/(м∙К); коэффициент температуропроводности а = 1,2·10 -5 м 2 /c. Определить температуру на поверхности вала и температуру на оси вала. Решение. Число Био По номограммам приложения № 2 поверхности и оси цилиндра находим значения безразмерных температур и Температура на поверхности вала Температура на оси вала Воздух нагревается при помощи горизонтально расположенной трубы длиной l = 1,5 м, диаметром d = 350 мм. Температура стенки трубы Тс = 150 0 С, температура воздуха вдали от трубы Тж = 25 0 С. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воздуху определить при средней температуре воздуха в пограничном слое. Лучистым теплообменом пренебречь. Определить тепловой поток и линейную плотность теплового потока. Решение. Общий вид уравнения подобия при свободном движении теплоносителя Определяющий размер – диаметр трубы d = 0,35 м; определяющая температура Параметры воздуха при температуре То по таблице приложения 3 λж = 3,11·10 -2 Вт/(м·К); ν = 21,85·10 -6 м/с 2 ; Pr = 0,69. Изобарный коэффициент объемного расширения Для значения числа Релея по таблице приложения 4 определяем величину коэффициента А = 0,135 и показателя n = 1/3. Расчетное уравнение подобия . . Линейная плотность теплового потока . В большом объеме испарителя происходит пузырьковое кипение воды при температуре насыщения ТН = 255 0 С при этом плотность теплового потока составляет q = 7·10 5 Вт/м 2 . Общая площадь поверхности испарителя F = 5 м 2 . Определить коэффициент теплоотдачи по эмпирической размерной формуле Михеева, температуру на поверхности теплообмена и тепловой поток.