12.Тепловой расчёт трубопроводов систем теплоснабжения. Коэффициент эффективности тепловой изоляции.
В задачу теплового расчёта входят:
1) Определение тепловых потерь трубопровода; 2) Определение температурного поля вокруг (температуру изоляции, воздуха в канале, стен канала, грунта); 3) Определение падения температуры теплоносителя вдоль трубопровода; 4) Выбор толщины тепловой изоляции.
1) Определение тепловых потерь трубопровода.
Количество теплоты, проходящей в единицу времени через цепь последовательно соединенных термических сопротивлений, вычисляется по формуле:
-
q- удельные тепловые потери трубопровода ; температура теплоносителя; t0 температура окружающей среды.
R = Rв+Rст+Rи+Rн суммарное термическое сопротивление трубопровода:
Rв и Rн термическое сопротивление внутренней и наружной поверхности трубы;
Rст иRи термическое сопротивление стенки трубы и слоя изоляции.
В тепловом расчёте встречаются 2 вида термических сопротивлений:
а) Сопротивление поверхности;
б) Сопротивление слоя.
а)
для цилиндрической поверхности.;
к-т теплоотдачи от поверхности.
К-т теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к окружающей среде: = к + л ,
где к к-т теплоотдачи за счёт конвекции; л к-т теплоотдачи за счёт излучения.
(ф-ла
Стефана-Больцмана); с
= 5,7
к-т излучения для абсолютно черного
тела; t
– температура
излучающей поверхности; t0
температура окружающей среды.
Поверхность
изолированного трубопровода относится
к серым телам,
чей к-т излучения с=
4,4 5,0
.
К-т
теплоотдачи от горизонтальной трубы к
воздуху при
естественной конвекции:
,
где d – наружный диаметр.
К-т теплоотдачи от горизонтальной трубы к воздуху при вынужденной конвекции:
,
где
скорость воздуха, м/с.
Данная формула справедлива, если > 1м/с и d > 0,3м.
При тепловом расчёте по вышеприведенным формулам нам необходимо знать температуру поверхности, и т.к. она заранее неизвестна расчёт производится путём последовательного приближения (предварительно задаёмся , находим qи температуру поверхности).
Для
предварительного определения к-та
теплоотдачи от поверхности изолированного
трубопровода можно пользоваться
формулой:
К-т теплоотдачи от теплоносителя к внутренней поверхности рабочей трубы достаточно высок, поэтому термическим сопротивлением Rв в практических расчётах можно пренебречь.
б) Термическое сопротивление однородного цилиндрического слоя:
,
где к-т теплопроводности слоя.
Для теплового расчёта значение имеют только слои с большим термическим сопротивлением (изоляционный слой, стенки канала, массив грунта).
Отсюда общее сопротивление трубопровода: R = Rи + Rн.
Тогда
.
Тепловую изоляцию чаще всего выполняют многослойной, поэтому Rи = Rи1 +…+ RиN.
Термическое сопротивление цилиндрической изоляции увеличивается при увеличении отношения её наружного диаметра к внутреннему. Поэтому первый слой выполняют из материала с более низкой теплопроводностью.
2) Определение теплового поля для подземного трубопровода.
Тепловой расчёт различают для однотрубной и многотрубной подземной прокладки.
При однотрубной подземной прокладке все термические сопротивления включены последовательно. При многотрубной термические сопротивления включены параллельно др. другу и последовательно в цепи “канал-грунт”(необходимо учесть взаимное влияние трубопроводов, проложенных одновременно в одном канале).