Министерство образования Российской федерации
Иркутский Государственный Технический Университет
Энергетический факультет
Кафедра теплоэнергетики
Контрольная работа №2
«Определение тепловых потерь теплоизолированного трубопровода»
Иркутск 2009
Задание:
По горизонтальному стальному трубопроводу, внутренний и наружный диаметры которого  и  соответственно, движется вода со средней скоростью  . Средняя температура воды  . Трубопровод покрыт теплоизоляцией и охлаждается посредством естественной конвекции сухим воздухом с температурой  .
Выполнить следующие действия:
1. определить наружный диаметр изоляции, при котором на внешней поверхности изоляции устанавливается температура   .
2. определить линейный коэффициент теплопередачи от воды к воздуху , Вт/(м×К)
3. потери теплоты с 1 м. трубопровода  , Вт/м
4. определить температуру наружной поверхности стального трубопровода  ,°С
5. провести анализ пригодности изоляции.
При решении задачи принять следующие предложения:
1. течение воды в трубопроводе является термически стабилизированным
2. между наружной поверхностью стального трубопровода и внутренней поверхностью изоляции существует идеальный тепловой контакт
3. теплопроводность стали  Вт/(м×К) и изоляции не зависит от температуры.
Наружный диаметр изоляции должен быть рассчитан с такой точностью, чтобы температура на наружной поверхности изоляции отличалась от заданной температуры не более чем на 0,5 °С.
Алгоритм выполнения:
Определяем:
- теплофизические параметры воды при
- теплофизические параметры воздуха при
полагаем 
Определяем:
- теплофизические параметры среды при 
- коэффициент теплоотдачи 
- коэффициент теплоотдачи 
- 
- 
- 
- 
  
Если  переход на следующий уровень
Если  то  конец
Исходные данные:
| ,м |
,м |
,м/с |
,°С |
,°С |
,°С |
Асбозурит  , Вт/(м×К) |
| 0,02 |
0,025 |
0,05 |
100 |
20 |
40 |
0,213 |
Обработка данных:
Теплофизические параметры воды при =100,°С:
 , Вт/(м×К) |
 , Па×с |
 , м2
/с |
Pr |
| 68,3×10-2
|
283,5×10-6
|
0,295×10-6
|
1,75 |
Теплофизические параметры воздуха при =20,°С:
| , Вт/(м×К) |
, Па×с |
, м2
/с |
Pr |
| 2,59×10-2
|
18,1×10-6
|
15,06×10-6
|
0,703 |
Полагаем, что 
Первое приближение:
Теплофизические параметры воды при =100,°С:
| , Вт/(м×К) |
, Па×с |
, м2
/с |
Pr |
| 68,3×10-2
|
283,5×10-6
|
0,295×10-6
|
1,75 |
Определяем число Рейнольдса:
 - переходный режим течения.
Отсюда Число Нуссельта:
Число Грасгофа:
Коэффициент объемного расширения:
 
Коэффициент теплоотдачи:
 
Второе приближение:
Теплофизические параметры воды при =98,476,°С:
| , Вт/(м×К) |
, Па×с |
, м2
/с |
Pr |
| 68,254×10-2
|
287,437×10-6
|
0,300×10-6
|
1,78 |
Определяем число Рейнольдса:
- переходный режим течения.
Отсюда Число Нуссельта:
Число Грасгофа:
Коэффициент объемного расширения:
Коэффициент теплоотдачи:
Третье приближение:
Теплофизические параметры воды при =98,611,°С:
Определяем число Рейнольдса:
- переходный режим течения.
Отсюда Число Нуссельта:
Число Грасгофа:
Коэффициент объемного расширения:
Коэффициент теплоотдачи:
 
Таблица расчетных данных:
| Приближение |
 |
, |
 |
 |
 |
| Первое |
0,133 |
0,194 |
48,733 |
98,476 |
| Второе |
0,154 |
0,1764 |
44,31 |
98,611 |
| Третье |
0,155 |
0,1717 |
43,131 |
98,649 |
98,618 |
Анализ пригодности изоляции:
Сравним 
0,09627>0,025
Отсюда делаем вывод, изоляция плохая.
Вывод:
Методом приближений определили наружный диаметр изоляции  при условии, что температура на наружной поверхности изоляции отличалась от заданной температуры не более чем на 0,5  .
В данной работе мы определили диаметр изоляции так, что точность между температурами приблизительно 0,1 °С, при этом толщина изоляции из асбозурита равна примерно 6,75 см, а тепловые потери равны 43,131 .
|