ProfitCentr - рекламное агентство

Вычисление коэффициента теплопередачи

Fig278

Изменения 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:

Fig279

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:

Fig280
где λж, λм, λиз, λг  -  коэффициенты теплопроводности жидкой среды, материала трубы, тепловой изоляции и грунта соответственно;
Δл, Δм, Δиз', l  -  толщины теплового слоя, материала трубы, эффективного слоя тепловой изоляции и прогревшейся части грунта соответственно.

Толщина материала трубы известна. Толщину прогревшейся части грунта можно рассчитать по формуле Форхгеймера:

Fig281
где dиз  -  радиус трубопровода с учетом слоя изоляции;
h  -  глубина залегания оси трубопровода.

Толщина эффективного слоя тепловой изоляции определяется соотношением:

Fig282
где dТ  -  внешний радиус трубопровода;
Δиз  -  толщина изоляционного слоя.

Когда Δиз << dТ, эффективный изоляционный слой равен толщине изоляции: Δиз' = Δиз.

Тепловой слой Δл рассчитывается по следующему уравнению, основанному на экспериментальных результатах:

Fig283
где Nu  -  число Нуссельта;
Pr  -  число Прандтля;
ν  -  коэффициент кинематической вязкости;
cν  -  удельная теплоемкость жидкости;
ρcν  -  теплоемкость единицы объема жидкости.

При прокладке трубопровода на поверхности грунта ньютоновский коэффициент теплоотдачи определится как:

Fig284
где uв  -  скорость воздуха;
νв  -  вязкость воздуха.

Каждая из формул ньютоновского представления потока может быть применена для определения потока, но рациональнее сделать следующее. Запишем равенства в виде:

Fig285

Далее, сложив слагаемые в левых и правых частях этих выражений, получим следующее:

Fig286
Fig287

где K - коэффициент теплопередачи, обратное значение которого равняется сумме обратных значений коэффициентов теплоотдачи.

Коэффициент теплопередачи определится, как:

Fig288

Для надземной прокладки трубопровода имеем:

Fig289

Не нашли нужную информацию? Воспользуйтесь поиском по сайту
SOCPUBLIC.COM - заработок в интернете!