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:
 SHAPE  \* MERGEFORMAT
 SHAPE  \* MERGEFORMAT
 


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:

, Вт/(м×К)	, Па×с	, м2/с	Pr
68,258×10-2	287×10-6	0,2993×10-6	1,778

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 .