|
Уменьшение теплопритока возможно лишь при соблюдении |
||||||||||
неравенства |
|
1+ d ИЗ |
ln d ИЗ |
> d КР ; |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
DКР |
d Н |
d H |
|
|
|
|
|
|
левая |
часть |
1+(0,187 / 0,0143)ln(0,187 / 0,057)=16,72; |
правая |
часть |
|||||||
0,187 / 0,057 = 3,28; |
16,72 > 328. |
Неравенство соблюдено. Следова- |
|||||||||
тельно, изоляция уменьшит теплопритоки в холодный трубопровод. |
|||||||||||
|
Расчет тепловой изоляции по заданной температуре |
|
|||||||||
|
|
|
поверхности изоляции |
|
|
|
|
|
|||
|
Такие расчеты ведутся для предохранения обслуживающего |
||||||||||
персонала от ожогов. При этом тепловые потери не ограничиваются. |
|||||||||||
Данными для расчета являются: температура теплоносителя t, окру- |
|||||||||||
жающего воздуха tН и на поверхности изоляции tИЗИ, диаметр изоли- |
|||||||||||
руемого трубопровода dН (для цилиндрических объектов). |
|
||||||||||
|
Толщина изоляции δИЗ вычисляется по следующим формулам. |
||||||||||
|
1. Для поверхностей цилиндрических с диаметром более 2 м и |
||||||||||
плоских (рис. 7). |
|
|
Д |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Если прене речь термическим сопротивлением теплоотдачи от |
||||||||||
теплоносителя к стенке (1/αB = 0 ) и термическим сопротивлением |
|||||||||||
металлической |
|
(δСТ / λCT |
= 0 ), то коэффициент теплопередачи |
||||||||
огражден я можно найти по формуле (2) |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|||
tИЗ |
αВ |
|
|
|
1 |
|
δ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
+ |
|
ИЗ |
(2) |
|||
αH |
б |
k =1/ |
αH |
|
|
. |
|||||
|
|
λИЗ |
|
||||||||
tH |
|
t |
|
q = k(t −tH )=αH (tИЗ −tH ). |
(3) |
||||||
q |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стенки1 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Рис. 7. Конструкция ограж- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
дения: 1 – теплоизоляция; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 – стенка металлическая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
|
|
|
|
|
|
|
Подставляя (2) в (3) получим
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t −tH |
|
=αН (tИЗ −tH ). |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
δИЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Отсюда |
|
|
|
|
|
αH |
λИЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИЗ |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λИЗ (t −tИЗ ) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δИЗ |
= |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
αН (tИЗ −tH ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
2. Для трубопроводов диаметром 2 м и менее (рис. 8). |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность |
теплового |
потока |
через |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
tН |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
изолированную |
трубу |
длиной |
1 м |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
можно определить как |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tИЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
ϕН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π(t −tH ) |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
αН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q = |
|
|
|
|
|
dИЗ |
δ |
= |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
+ |
|
1 |
|
ln |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
αH dИЗ |
|
|
2 λИЗ |
dH |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
dH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= π(tИЗ −tH ). |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
dИЗ |
|
табл |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Рис. 8. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
αH dИЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
После прео разования последнего выражения получим |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
сти |
|
|
|
d ИЗ |
|
|
2 |
λИЗ |
(t −t |
ИЗ ) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d ИЗ lnАd = α (t −t |
) |
. |
|
|
|
|
|
(5) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
Н ИЗ |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
В формулах (4) (5) коэффициент теплоотдачи поверхности |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
золяц окружающему воздуху αН принимают по табл. 2, а коэффи- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
по |
|
|
. П.1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
ц ент теплопроводно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Задача 4. Выполн ть расчет тепловой изоляции плоского огражден я по заданной температуре изоляции (рис. 7). Определить толщину основного слоя изоляции с температурой теплоносителя t = 500 °C. Температура поверхности изоляции tИЗ = 50 °С. Температура наружного воздуха tН = 25 °C.
22
Решение. 1. Выбирается изоляция: минераловатные плиты на синтетическом связующем.
2. Значение средней температуры изоляции
|
|
|
|
|
t |
= |
|
|
500 +50 |
|
= 275 °С. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
СР |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
средней |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
Коэффициент теплоотдачи αН = 12 Вт/(м2.К) (табл. 2). |
|||||||||||||||||||
5. |
Определяется толщина изоляционного слоя по формуле (4) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(три слоя |
поверхности Аизоляции (рисД. 8). Определить толщину |
|||||||||||||||||||
температуре |
||||||||||||||||||||
|
|
|
б2 |
|
|
|
|
|||||||||||||
изоляции с температурой теплоносителя t = 450 0C. Температура по- |
||||||||||||||||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
верхности изоляции tИЗ |
= 60 0C. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1. |
Вы |
рается золяц |
я: известково-кремнеземистая. |
|||||||||||||||||
2. |
Значен е средней температуры изоляции |
|
||||||||||||||||||
С |
|
|
|
t |
СР |
= |
|
|
450 + 60 |
= 255 °С. |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3. Коэфф ц ент теплопроводности |
известково-кремнеземистой |
|||||||||||||||||||
изоляци при средней температуре (ГОСТ 24748–2003) [3] |
||||||||||||||||||||
|
|
λИЗ = 0,06 + 0,00012 tСР = 0,091 Вт/(м К). |
||||||||||||||||||
4. |
Коэффициент теплоотдачи αН = 10 Вт/(м2.К) (табл. 2). |
|||||||||||||||||||
5. |
Определяется толщина изоляционного слоя по формуле (5) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
d ИЗ ln |
|
|
d ИЗ |
|
= |
2 0,091 |
|
|
(450 −60) |
. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
0,273 |
|
|
10 (60 −25) |
|
(60 −25) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
23
откуда |
dИЗ ln |
dИЗ |
= 0,203. |
Это равенство решают методом последо- |
|||||||||
0,273 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вательного приближения, задаваясь dИЗ. Принимаем dИЗ = 0,43 м, тогда |
|||||||||||||
|
|
0,43ln |
0,43 |
|
|
= 0,195. |
0,195 ≈ 0,203. |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
0,273 |
|
|
|
|
|
И |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Толщина изоляции δИЗ |
= |
dИЗ −dH |
= |
0,43 −0,273 |
= 0,079 м. |
||||||||
|
|
||||||||||||
Принимаем δИЗ = 80 мм. |
2 |
2 |
|
||||||||||
|
|
Д |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
7. Тепловой расчет сетей теплоснабжения |
||||||||||||
Основной задачей теплового расчета теплопроводов всех видов |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
А |
|
|||||||
прокладок является выбор конструкции изоляции, обеспечивающей |
|||||||||||||
рациональный минимум тепловых потерь и допустимое падение тем- |
|||||||||||||
пературы теплоносителя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
б |
|
|
|
||||||||
Расчет толщины изоляции теплопроводов воздушной прокладки |
|||||||||||||
Плотность теплового потока (тепловые потери) теплопроводов |
|||||||||||||
воздушной прокладке составляют |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
q = (tB −tH )/ R, |
|
|||||||
где tB |
– температура теплоносителя; tН – температура окружающей |
||||||||||||
среды; |
R – полное терм ческого сопротивление теплопровода. |
||||||||||||
Температуру на поверхности тепловой изоляции рассчитывают |
|||||||||||||
на основе уравнен |
я теплового баланса при установившемся тепло- |
||||||||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вом реж ме. Для установ вшегося режима теплота, поступающая от |
|||||||||||||
теплонос теля к наружной поверхности изоляции, |
равна количеству |
||||||||||||
теплоты, отвод мой от поверхности изоляции в окружающий воздух. |
|||||||||||||
иq = tB −tH = tПОВ −tH . |
|
||||||||||||
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
RИ |
RH |
|
||||
|
|
|
|
= tB / RИ +tH / RH . |
|
||||||||
|
|
|
|
tПОВ |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1/ RИ +1/ RH |
|
|||
24
Совместная прокладка трубопроводов на открытом воздухе или в помещении не оказывает существенного влияния на теплопотери соседних трубопроводов.
При температуре воздуха +25 °С температура на поверхности изоляции в зоне постоянного обслуживания теплопроводов должна быть не выше + 45 °С для закрытых помещений и +60 °С на открытом воздухе.
При расчете толщины изоляции теплопроводов и плотности теплового потока необходимо учитывать дополнительные потери через
неизолированные части теплопровода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
Задача 6. |
|
|
Определить потери теплоты изолированным тепло- |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
||||||||
проводом (рис. 9) диаметром dН = 720 мм, проложенным на опорах |
|||||||||||||||||||||||||||||
над землей, при следующих данных: температура теплоносителя tВ = |
|||||||||||||||||||||||||||||
100 οС; температура окружающей среды tН = –5 οС; изоляционный |
|||||||||||||||||||||||||||||
слой имеет толщину δИЗ = 160 мм и λИЗ = 0,09 Вт/(м οС); скорость вет- |
|||||||||||||||||||||||||||||
ра w = 4 м/с. Сравнить термическое сопротивление изоляции и тепло- |
|||||||||||||||||||||||||||||
отдачи в окружающую среду. Дополнительные потериИчерез неизоли- |
|||||||||||||||||||||||||||||
рованные части теплопровода составляют β = 0,2. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dИЗ |
|
|
|
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Определяем коэффициент теплоотдачи |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
αH =11,6 +7 |
|
|
=11,6 +7 |
|
= 25,6 Вт/(м2 ο С). |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w |
4 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
δИЗ |
|
|
|
и |
2. Рассчитываем теплопотери, принимаяβ= 0,2: |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dH |
|
|
|
|
|
Аπ(tВ −t |
Н ) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
Р с. 9. |
|
|
|
|
|
|
|
|
ql |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
ln dИЗ + |
1 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2λ |
αН dИЗ |
||||||
С |
|
|
|
|
3,14 (100 +5) |
|
|
|
|
|
dН |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
б |
|
|
|
|
|
|
|
1,2 =169 Вт/м. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
ln 1,04 |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 0,09 |
25,6 1,04 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,72 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Тепловой расчет подземных теплопроводов при бесканальной прокладке
При бесканальной прокладке теплопровода (рис. 10) грунт представляет собой определенное термическое сопротивление. Тепловой поток направлен от теплоносителя через стенку трубопровода, тепло-
25