По горизонтальному стальному трубопроводу

Первое приближение:
Задаем tст.1≈tж1=164 ℃; D3=2D2=64 мм=0,064 м.
Определяем режим движения жидкости
Reж1=wж1∙D1νж1=0,045∙0,0250,185∙10-6=6081,
где νж1- коэффициент кинематической вязкости воды при tж1=164 ℃.
2320<Reж1<104, значит режим движения воды в трубе переходный. Число Нуссельта рассчитывается по формуле
Nuж1=0,116∙(Reж12/3-125)∙Prж11/3∙μж1μст10,14.
Определяем необходимые величины при температуре tж1=164 ℃ по таблицам приложения.
Prж1=νж1aж1=0,185∙10-60,174∙10-6=1,06.
Т.к. приняли, что tст.1=tж1=164 ℃, то μж1=μст1=169,18∙10-6 Н∙с/м2
Nuж1=0,116∙(60812/3-125)∙1,061/3∙10,14=24,73.
Коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубопровода
α1=λж1·Nuж1D1=66,94∙10-2·24,730,025=662,17 Втм2∙К,
где λ − коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К), определяется по приложениям при температуре tж1=164 ℃.
Вычисляем коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху по формуле, справедливой для случая свободного движения воздуха около горизонтально расположенных труб
Nuж2=0,5∙Grж2∙Prж20,25;
α2=λж2·Nuж2D3.
При определении коэффициента теплоотдачи α2 примем за определяющую среднюю температуру наружной поверхности изоляции окружающего воздуха tср. Так как температура tст.3=44 ℃ задана по условиям задачи, а в первом приближении принято D3=2D2, то с учетом данных табл.3 приложения находим
tср=44+222=33 ℃;
νж2=16,288∙10-6м2с;
aж2=23,32∙10-6м2с
λж2=2,697∙10-2 Втм∙К
βж2=1273+22=0,003391К;
∆t=tст.3-tж.2=44-22=22 ℃;
Grж2=gβж2ΔtdD33νж22=9,81∙0,00339∙22∙0,0643(16,288∙10-6)2=0,723∙106.
Prж2=νж2aж2=16,288∙10-623,32∙10-6=0,698.
Nuж2=0,5∙0,723∙106∙0,6980,25=13,33;
α2=2,697∙10-2 ·13,330,064=5,62 Втм2∙К.
Линейный коэффициент теплопередачи от воды к воздуху
Kl=11α1D1+12λ1lnD2D1+12λ2lnD3D2+1α2D3=
=11662,17∙0,025+12∙50ln0,0320,025+12∙0,106ln0,0640,032+15,62∙0,064=
=0,164Втм∙К.
Удельный тепловой поток с одного погонного метра трубопровода составит
ql=πKltж1-tж2=3,14∙0,164164-22=73,12 Втм.
Температура наружной поверхности изоляции
tст.3*=tж2+qlπα2D3=22+73,123,14∙5,62∙0,064=86,74 ℃.
Наружный диаметр изоляции
D3=qlπα2(tст.3-tж2)=73,123,14∙5,62∙(44-22)=0,1883 м.
Температура внутренней поверхности трубопровода
tст.1=tж1-qlπα1D1=164-73,123,14∙662,17∙0,025=162,6 ℃.
Таким образом в первом приближении tст.3*>tст.3, т.е . 86,74 °С > 44 °С, поэтому для второго приближения принимаем
tст.1=162,6 ℃; D3=0,1883 м.
Второе приближение:
Среднее значение температуры жидкости и внутренней поверхности трубопровода
tср=tст.1+tж.12=162,6+1642=163,3 ℃;
Определяем необходимые величины при температуре tж1=163,3 ℃ по таблицам приложения.
Prж1=νж1aж1=0,1877∙10-60,174∙10-6=1,08.
При температуре tср=163,3 ℃, то μст1=169,94∙10-6 Н∙с/м2
Nuж1=0,116∙(60812/3-125)∙1,081/3∙169,18/169,940,14=24,87.
Коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубопровода
α1=λж1·Nuж1D1=66,828∙10-2·24,870,025=664,80 Втм2∙К,
где λ − коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К), определяется по приложениям при температуре tж1=164 ℃.
Определяем коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху
Grж2=gβж2ΔtdD33νж22=9,81∙0,00339∙22∙0,18833(16,288∙10-6)2=18,41∙106.
Prж2=νж2aж2=16,288∙10-623,32∙10-6=0,698.
Nuж2=0,5∙18,41∙106∙0,6980,25=29,94;
α2=2,697∙10-2 ·29,940,1883=4,29 Втм2∙К.
Линейный коэффициент теплопередачи от воды к воздуху
Kl=11α1D1+12λ1lnD2D1+12λ2lnD3D2+1α2D3=
=11664,80∙0,025+12∙50ln0,0320,025+12∙0,106ln0,18830,032+14,29∙0,1883=
=0,104Втм∙К.
Удельный тепловой поток с одного погонного метра трубопровода составит
ql=πKltж1-tж2=3,14∙0,104164-22=46,37 Втм.
Температура наружной поверхности изоляции
tст.3*=tж2+qlπα2D3=22+46,373,14∙4,29∙0,1883=40,28 ℃.
Наружный диаметр изоляции
D3=qlπα2(tст.3-tж2)=46,373,14∙4,29∙(44-22)=0,1565 м.
Температура внутренней поверхности трубопровода
tст.1=tж1-qlπα1D1=164-46,373,14∙664,80∙0,025=163,1 ℃.
Таким образом во втором приближении tст.3*<tст.3, т.е