 |
Таблица 12. Задание № 7. «Горячий» трубопровод с наружным диаметром d2 и толщиной стенки 1 уложен в грунт с коэффициентов теплопроводности гр на глубину h (h – расстояние от оси трубопровода до поверхности земли)
|
|
|
|
Таблица 12
Исходные данные к домашнему заданию № 6
| Вторая цифра номера варианта | d2 , мм |  1 ,
мм
| Нефте-продукт | G. 10 –6, кг/ч | tж1 , 0С | tж2 , 0С | L , км |
| 12, 0 | Нефть II | 1, 9 | |||||
| 10, 0 | Нефть III | 2, 1 | |||||
| 11, 0 | Нефть II | 1, 6 | |||||
| 9, 0 | Нефть III | 1, 5 | |||||
| 9, 0 | Нефть II | 0, 8 | |||||
| 7, 0 | Нефть I | 0, 9 | |||||
| 12, 0 | Мазут | 0, 5 | |||||
| 12, 5 | Мазут 40 | 0, 3 | |||||
| 8, 0 | Мазут | 0, 2 | |||||
| 10, 0 | Мазут Ф12 | 0, 3 |
Задание № 7
«Горячий» трубопровод с наружным диаметром d2 и толщиной стенки 1 уложен в грунт с коэффициентов теплопроводности 
гр на глубину h
(h – расстояние от оси трубопровода до поверхности земли) (рис. 5).
Температура грунта в районе прокладки трубопровода tгр , температура окружающего воздуха tв, а скорость ветра у поверхности земли wв.
По трубопроводу перекачивается нефтепродукт с массовым расходом G. Температура нефтепродукта после тепловой станции составляет tж1, а в конце участка перед следующей тепловой станцией – tж2.
Коэффициент теплопроводности стенки трубы равен 1 = 38 Вт/(м. К).
Определить расстояние между тепловыми станциями.
Как численно изменится расстояние между тепловыми станциями, если трубопровод покрыть слоем изоляции толщиной и с коэффициентом теплопроводности 
и ?
Коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта к атмосферному воздуху определяется по формуле
2 = 9, 77 + 0, 07 (tгр - tв) + 7 
в.
Исходные данные приведены в таблицах 13, 14.
Таблица 13
Исходные данные к домашнему заданию № 7
| Первая цифра номера варианта | Грунт | гр,
Вт/(м. К)
| tгр, 0С | tв, 0С | wв, м/с | Тепловая изоляция | и,
Вт/(м. К)
|
| суг-линок | 0, 9 | 0, 5 | -12 | минеральная вата | 0, 06 | ||
| песок | 0, 7 | 2, 0 | -15 | пенопо-лиуретан | 0, 04 | ||
| глина | 1, 1 | 1, 0 | -10 | битумовер-мекулит | 0, 07 |
|
|
|
Рис. 5. Схема заглубленного трубопровода
Таблица 14
Исходные данные к домашнему заданию № 7
| Вторая цифра номера варианта | d2 , мм | 1 ,
мм
| h , м | Нефте-продукт | G. 10 –6, кг/ч | tж1 , 0С | tж2 , 0С | и,
мм
|
| 8, 0 | 0, 9 | Мазут 40 | 0, 17 | |||||
| 12, 5 | 1, 0 | Мазут | 0, 35 | |||||
| 12, 0 | 1, 4 | Мазут 40 | 0, 49 | |||||
| 8, 0 | 1, 5 | Нефть III | 0, 8 | |||||
| 12, 0 | 1, 3 | Нефть III | 1, 4 | |||||
| 10, 0 | 1, 5 | Нефть III | 1, 5 | |||||
| 11, 0 | 1, 3 | Нефть III | 2, 0 | |||||
| 9, 0 | 1, 2 | Нефть III | 2, 1 | |||||
| 12, 5 | 1, 4 | Нефть III | 3, 0 | |||||
| 0 | 10, 0 | 1, 5 | Нефть III | 3, 2 |
Задание № 8
Определить площадь поверхности теплообмена рекуперативного теплообменного аппарата при прямоточном движении теплоносителей, если объемный расход горячего теплоносителя при нормальных условиях
равен V (рис. 6).
Коэффициент теплопередачи от горячего к холодному теплоносителю – k . Температуры горячего – t1¢ и t1¢ ¢ и холодного – t2¢ и t2¢ ¢ теплоносителей соответственно на входе и выходе из теплообменника.
Как численно изменится расчетная площадь поверхности теплообмена, если использовать:
Ø противоточную схему движения теплоносителей;
Ø схему движения с индексом противоточности P = 0, 5?
Исходные данные приведены в таблицах 15, 16.
Рис. 6. Схема движения теплоносителей «прямоток»
Таблица 15
Исходные данные к домашнему заданию № 8
| Номер варианта | Т е п л о н о с и т е л ь | |
| горячий | холодный | |
| 1 ¸ 5 | дымовые газы | вода |
| 6 ¸ 10 | дымовые газы | воздух |
| 11 ¸ 15 | воздух | вода |
| 16 ¸ 20 | дымовые газы | воздух |
| 21 ¸ 25 | воздух | вода |
Таблица 16
|
|
|
Исходные данные к домашнему заданию № 8
| Вторая цифра номера варианта | V. 10-3, нм3/ч | k, Вт/(м2. К) |  , 0С
|  , 0С
|  , 0С
|  , 0С
|
| 0 |
Примеры решения
Пример № 1
Через плоскую стальную стенку толщиной 
= 1, 5 мм = 0, 0015 м с коэффициентом теплопроводности = 25 Вт/(м∙ К) происходит передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (рис. 7). Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке равен 
1 = 65 Вт/(м2∙ К), а от стенки к холодному теплоносителю – 2 = 1150 Вт/(м2∙ К) Разность температур между теплоносителями составляет Δ t = 45°С.
Для интенсификации процесса теплопередачи можно увеличить 1 на Δ 1 = 55% и 2 на Δ 2 = 30%, уменьшить термическое сопротивление стенки, заменив материал и толщину стенки ( ´ = 30 Вт/(м∙ К), ´ = 2, 5 мм = = 0, 0025 м), увеличить разность температур на Δ t = 35%.
Какие из этих способов интенсификации теплопередачи являются эффективными, а какие не следует рекомендовать?
Определить относительное изменение плотности теплового потока q в результате применения этих способов. Провести анализ методов интенсификации теплопередачи и способов их реализации.
Рис. 7. Теплопередача через плоскую стенку
Решение.
Согласно формуле (2) плотность теплового потока
q = a× (tж – tc ).
Для первой стороны стенки данная формула примет вид:
q = a1× (tж1 – tc1 ).
Выразим отсюда tc1:
. (*)
Аналогично для второй стороны стенки:
q = a2× (tж2 – tc2 ).
Выразим отсюда tc2:
. (**)
При этом, используя формулу (5), для однослойной стенки плотность теплового потока составит:
.
В полученное выражение вместо tc1 и tc2 подставим выражения из (*) и (**):
.
Вынесем 
и 
в правой части уравнения за скобки и перенесем в влево:
;
.
Левую часть сгруппируем по q и выразим плотность теплового потока:
;
. (***)
Вычислим плотность теплового потока q при исходных данных без интенсификации процесса теплопередачи:
|
|
|
Вт/м2.
Определим плотность теплового потока при интенсификации процесса теплопередачи в следующих случаях:
а) при увеличении 1 на Δ 1 = 55% и 2 на Δ 2 = 30%:
α 1 = 90 + 90∙ 0, 55 = 139, 5 Вт/(м2∙ К);
α 2 = 1100 + 1100∙ 0, 3 = 1430 Вт/(м2∙ К);
Тогда 
Вт/м2.
Относительное изменение теплового потока составит Δ q1 = 4684, 436 – 4883, 041 = -198, 605 Вт/м2.
б) при уменьшении термического сопротивления стенки, заменив материал и толщину стенки ( ´ = 30 Вт/(м∙ К), ´ = 2, 5 мм = 0, 0025 м):
Вт/м2.
Относительное изменение теплового потока составит Δ q2 = 4861, 282 – 4883, 041 = -21, 759 Вт/м2.
в) при увеличении разности температур на Δ t = 35%:
Δ t = 50 + 50∙ 0, 35 = 67, 5 °С;
тогда 
Вт/м2.
Относительное изменение теплового потока составит Δ q3 = 6592, 106 – 4883, 041 = 1709, 065 Вт/м2.
Вывод: самое большое значение относительного изменения теплового потока при интенсификации процесса теплопередачи за счет увеличения разности температур на Δ t = 35%: Следовательно, данный способ является наиболее эффективным. Остальные способы интенсификации процесса теплопередачи не рекомендуется использовать, поскольку они снижают интенсивность теплопередачи (относительный тепловой поток отрицательный).
|
|
|
