Расчет параметров изолированного трубопровода
По трубопроводу с размерами , где - внутренний диаметр трубы, а - наружный диаметр, течет горячая вода с температурой . Температура окружающей среды . Снаружи труба покрыта слоем изоляционного материала толщиной с коэффициентом теплопроводности , коэффициентом теплопроводности материала трубы . Средние коэффициенты теплоотдачи с внутренней поверхности трубы и внешней изоляционного материала соответственно равны , . Определить количество теплоты, отдаваемой единицей длины трубы в окружающее пространство, а также температуры на внутренней и внешней поверхностях трубы.
Таблица 2
Первая цифра варианта
0 20 22 10 60 23
Продолжение таблицы 3
Последняя
цифра варианта
4 50 0,064 30 10
Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:
1. В чем отличие между коэффициентами теплопроводности, теплоотдачи, температуропроводности и теплопередачи? Какова их размерность, каков их физический смысл?
2. Какому закону соответствует распределение температуры в цилиндрической однослойной стенке?
3. Каким образом определяются тепловые потери с цилиндрической поверхности однослойной теплоизоляции при граничных условиях I рода?
4. Как определяется коэффициент теплопередачи для многослойной цилиндрической стенки при граничных условиях III рода?
5. Какова зависимость тепловых потерь трубопровода от наружного диаметра его теплоизоляции, если: а) критический диаметр теплоизоляции меньше наружного диаметра стальной трубы; б) критический диаметр теплоизоляции больше наружного диаметра стальной трубы?
Решение
Рисунок 1 - Схема двухслойной цилиндрической стенки
Находим диаметр , определяющий внешнюю толщину трубы по формуле:
(1)
0,022+2∙0,0100,042м
Линейная плотность теплового потока при теплопередаче через двухслойную цилиндрическую стенку:
(2)
3,14∙60-23130∙0,0200+12∙50ln0,0220,0200+12∙0,064ln0,0420,022+110∙0,04212,767
Количество теплоты, отдаваемой единицей длины трубы () в окружающее пространство:
(3)
Q12,767∙112,767Вт
Температура на внутренней поверхности стенки трубопровода:
(4)
60-12,7673,14∙130∙0,02053,223
Температура на внешней поверхности изоляции:
(5)
60-12,7673,14∙130∙0,020+12∙50ln0,0220,0200+12∙0,064ln0,0420,02232,679°С
или
(6)
23+12,7673,14∙110∙0,04232,681°С
1. В чем отличие между коэффициентами теплопроводности, теплоотдачи, температуропроводности и теплопередачи? Какова их размерность, каков их физический смысл?
Физический смысл коэффициента теплопроводности заключается в том, что коэффициент теплопроводности определяет количество теплоты, проходящей через единицу изотермический поверхности в единицу времени, при условии, что градиент температуры равен единице
Единицы измерения - .
Коэффициент теплоотдачи характеризует интенсивность процесса теплоотдачи
. Численное значение его равно тепловому потоку от единичной поверхности теплообмена при разности температур поверхности и жидкости в .
Единицы измерения .
Коэффициент температуропроводности является физическим параметром вещества. Он характеризует скорость изменения температуры. Коэффициент характеризует способность тел проводить теплоту. Он является также мерой теплоинерционных свойств тела. Скорость изменения температуры в теле тем больше, чем больше . Поэтому при прочих равных условиях выравнивание температур во всех точках пространства будет происходить быстрее в том теле, которое обладает большим .
Единицы измерения .
Коэффициент теплопередачи характеризует интенсивность передачи теплоты от одной жидкости к другой через разделяющую их стенку и численно равен количеству теплоты, которое передается через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между жидкостями в один градус.
Единицы измерения .
2
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
