Расчет индивидуальных теплотехнических характеристик теплопроводов

Размещено на http://allbest.ru

Практическая работа №1

«РАСЧЕТ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОПРОВОДОВ»

Введение

Цель работы - знакомство с системой теплоснабжения и конструкциями теплопроводов; расчет коэффициентов тепловых потерь для типичных теплопроводов; определение влияния физических свойств теплоизоляционных материалов и конструктивных особенностей теплопроводов на коэффициенты тепловых потерь и выработка рекомендаций для выбора энергоэффективных теплопроводов.

Общие сведения о теплопроводах

Транспортировка тепла осуществляется с помощью теплопроводов. На рис.1 показан элемент современного теплопровода, изготовленного в заводских условиях, который включает водопроводную стальную трубу для транспортировки энергоносителя, тепловую изоляцию из пенополиуретана и защитный кожух из пластмассы.

Рис. 1. Схема элемента предварительно изолированного теплопровода

Данные теплопроводы являются перспективными и прокладываются непосредственно в грунте (рис.2, тип А), что сокращает затраты на их монтаж и эксплуатацию. В настоящее время в Беларуси наиболее распространены теплопроводы с прокладкой в непроходных каналах (рис.3, тип В) или с надземной прокладкой (рис.3, тип С). Каждый из рассмотренных теплопроводов характеризуется наружным диаметром каналов D_н, толщиной стенки трубы д, толщиной изоляции д_и и защитного кожуха д_к, расстоянием между трубами s и глубиной прокладки h. Теплопроводы в каналах дополнительно включают размеры канала: ширину а и высоту b.

Рис. 2. Схемы конструкций типичных теплопроводов: А - подземный теплопровод с заводской изоляцией; В - подземный теплопровод в непроходном канале; С - надземный теплопровод

На рис.2 основные размеры представлены в виде общепринятых символов и идентификаторов вычислительной программы CONDORS.

Метод анализа

При транспортировке теплоты имеются потери в окружающую среду, величина которых зависит как от температуры теплоносителя и окружающей среды, так и от качества тепловой изоляции теплопроводов.

Основной характеристикой теплоизоляционных материалов является коэффициент теплопроводности л_и.

Коэффициент теплопроводности зависит от применяемого материала и его влажности. теплопровод труба энергоноситель

С ростом влажности материала коэффициент теплопроводности увеличивается.

Интегральной индивидуальной характеристикой теплопроводов является коэффициент тепловых потерь К, который показывает, какой тепловой поток теряется теплопроводом длиной 1м при разности температур между теплоносителем и окружающей средой, равной одному градусу. В качестве окружающей среды для надземного теплопровода выступает атмосферный воздух, а для подземных - грунт.

Различаются два типа коэффициентов тепловых потерь.

Первый коэффициент K₁ непосредственно связан с количеством теряемого тепла в окружающую среду, а второй - К_о учитывает полезную теплоту, которая передается от более нагретого подающего теплопровода обратному.

Тогда общий коэффициент тепловых потерь

К = К₁ - К₀ (1)

Подающие и обратные надземные теплопроводы являются независимыми, и для них К₀=О.

Коэффициент тепловых потерь K₁ надземного теплопровода есть обратная величина термического сопротивления:

(2)

где л, л_и, л_к - коэффициенты теплопроводности соответственно трубы, изоляции и защитного кожуха, Вт/(м·°С); D_в, D_н, D_и, D_к - диаметры трубы, внутренний и наружный, наружные диаметры изоляции и защитного кожуха, мм. Коэффициенты тепловых потерь K₁ и К₀ подземных теплопроводов определяются на основе синтеза экспериментальных и расчетных данных с учетом решения уравнения теплопроводности.

С учетом конструктивных особенностей теплопровода в непроходных каналах (тип В) дополнительно рассчитываются наружный диаметр теплопровода с изоляцией и кожухом D_к, глубина прокладки теплопровода h" (DYBD), ширина канала a (BRED) и высота канала b (НОЕТ):

D_к = D_н + 2 д_и +2 д_к,

h" = 0,5 D_к + h, (3)

а = 2,5 D_к,

b = 1,5 D_к.

Параметры h", а и b являются исходными данными для теплопровода В. В реальном случае эти параметры соответствуют номенклатурному ряду типоразмеров непроходных каналов.

В первом случае (для А₁ и В₁) данные параметры равны:

D_к =76+2•60+2•3=202

h" =0,5•202+900=1001

а =2,5•202=505

b =1,5•202=303

Во втором случае (для А₂ и В₂) данные параметры равны:

D_к =76+2•3=82

h" =0,5•82+900=941

а =2,5•76=190

b =1,5•76=114

Порядок расчета

Расчет теплотехнических характеристик теплопроводов А и В проводится на компьютере на базе пакета прикладных программ CONDORS во вложенном каталоге HEATLOSS с использованием файла исходных данных VTAB.CMD. Для теплопроводов В по формуле (3) дополнительно рассчитываются конструктивные параметры h", а и b, которые служат исходными данными и заносятся в файл VTAB.CMD при расчете соответствующих вариантов. Расчет коэффициентов тепловых потерь для теплопроводов С проводится с помощью калькулятора по формуле (2).

Для С₁ =3818,18

Для С₂ =5,128

Для С₃ =3,595

Выполнение работы

Дополнительные исходные данные: л=50 Вт/(м·⁰С), д_к=3мм, л_к=0,28 Вт/(м·⁰С), S=150 (мм), D_Hд=766.0 мм

Вывод

Рассчитав коэффициент тепловых потерь К1 можно сделать следующие выводы:

Если взять трубопровод с одинаковой изоляцией, не толщиной изоляции, при равных других условиях, коэффициент тепловых потерь отличается незначительно: чем больше толщина изоляции, тем меньше коэффициент тепловых потерь.

Если сравнивать трубопровод в качестве изоляции, которыми применяются сухая и влажная минеральная вата и при различных коэффициентах теплопроводности можно сделать вывод, что при влажной изоляции и более высоким коэффициентом теплопроводности изоляции коэффициент тепловых потерь намного выше, чем при сухой изоляции.

Глубокая прокладка и теплопроводность грунта так же влияют на коэффициент тепловых потерь и, следовательно, чем выше эти показатели, тем больше коэффициент тепловых потерь.

Размещено на Allbest.ru