ЗАДАНИЕ 3

По стальному трубопроводу (l₁=50,2 Вт/м×К), расположенному горизонтально, в неподвижном воздухе с температурой t₂, движется М килограммов воды в час. Температура воды на входе в трубу t₁¢, длина трубы l, внутренний диаметр трубы d_в, наружный трубы d_н. Трубопровод покрыт тепловой изоляцией из асбеста (l₁= 0,116 Вт/(м×К)).

Определить отводимое водой количество теплоты, температуру наружной стенки трубы, внешней поверхности тепловой изоляции и толщину тепловой изоляции, при которой температура воды не понизится более чем на Dt₁= 5°C.

Данные, необходимые для решения задачи, следует выбрать из таблицы 3.

Таблица 3

Литература: [1], § 27.1-27.3, 29.1-29.2; [2], § 24.2, 24.3, 26.5, 27.2-27.5, 27.10., или [3], стр. 433-435.

Контрольные вопросы

1. Каковы различия в изменении теплопотерь при изоляции плоских и цилиндрических стенок? При каком условии изоляция будет работать эффективно?

2. Что характеризует коэффициент теплоотдачи, его размерность и каковы основные факторы, оказывающие влияние на его изменение?

Методические указания

В задаче рассматривается теплообмен при свободной и вынужденной конвекции в горизонтально и вертикально расположенных трубах. Режим движения жидкости при вынужденной конвекции определяется по числу Рейнольдса (Re), при свободном движении – по произведению чисел Грасгофа и Прандтля (Gr×Pr).

Количество теплоты, отданное водой массой М в секунду, определяется по перепаду температуры воды, при этом изобарная теплоемкость для воды определяется из П. «Б» или из таблицы II учебника [7] по средней температуреводы, которая определяется по формуле:

, (2)

где .

При определении температуры наружной трубы необходимо задаться температурой внутренней стенки, близкой к температуре воды, и методом последовательных приближений найти ее истинное значение. Следует отметить, что при определении температур стенки трубы и изоляции тепловой поток учитывают на 1 м длины трубы, т.е.

По определяющей температуре (средней температуре воды и средней температуре воздуха и внешней поверхности трубы) из таблиц физических свойств теплоносителей определяют физические константы для воды (П. «Б») и для воздуха (П. «В») и по ним вычисляют критерии подобия Re, Gr, Pr.

В заключение необходимо выполнить проверку правильности выбора наружного диаметра изоляции, которым задаются при определении температуры внешней поверхности тепловой изоляции.