|
Вычисление коэффициента теплопередачиИзменения температуры в поперечном сечении трубы и в окружающем грунте показывают, что профиль температуры может быть качественно описан графическим способом (см. рисунок справа). В поперечном сечении трубы, почти до внутренней поверхности, температура жидкости T остается неизменной и изменяется от сечения к сечению. Вблизи внутренней поверхности, в так называемом тепловом слое толщиной Δл, температура изменяется от значения T в центре потока до температуры Tм в металле внутренней поверхности трубы. В металле трубы толщиной Δм температура изменяется от Tм до Tм' - температуры внешней поверхности трубы. В изоляционном слое толщиной Δиз температура изменяется от Tм' до Tиз - температуры на границе между изоляционным слоем и грунтом. В грунте температура изменяется от Tиз до температуры грунта Tг, на которую на определенной глубине от поверхности изоляции не влияет поток в трубе. Невозмущенная температура почвы обозначается как Tг. Тепловые потоки от жидкости к металлу трубы, от металла трубы к изоляции и от изоляции к грунту одинаковы, но могут быть записаны по-разному. Поток в единицу времени через поверхность πRdx может быть выражен в ньютоновской форме следующим образом: где α, β, γ, δ - коэффициенты теплоотдачи, которые характеризуют тепловое сопротивление теплового слоя, материала трубы, тепловой изоляции и прогревшейся части грунта соответственно. Эти коэффициенты функционально зависят от величины коэффициентов теплопроводности и характерных толщин слоев, которые оказывают влияние на температурное распределение:
Толщина материала трубы известна. Толщину прогревшейся части грунта можно рассчитать по формуле Форхгеймера:
Толщина эффективного слоя тепловой изоляции определяется соотношением:
Когда Δиз << dТ, эффективный изоляционный слой равен толщине изоляции: Δиз' = Δиз. Тепловой слой Δл рассчитывается по следующему уравнению, основанному на экспериментальных результатах:
При прокладке трубопровода на поверхности грунта ньютоновский коэффициент теплоотдачи определится как:
Каждая из формул ньютоновского представления потока может быть применена для определения потока, но рациональнее сделать следующее. Запишем равенства в виде: Далее, сложив слагаемые в левых и правых частях этих выражений, получим следующее: где K - коэффициент теплопередачи, обратное значение которого равняется сумме обратных значений коэффициентов теплоотдачи. Коэффициент теплопередачи определится, как: Для надземной прокладки трубопровода имеем:
|
|