IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Ключевые слова: диаметр, длина трубопровода, изоляция, коэффициент теплопроводности, теплообмен, тепловые потери, коэффициент теплопередачи, удельная изобарная теплоемкость.

В  [1] решена стационарная, а в [2] нестационарная задачи конвективного переноса теплоты теплоносителем в трубопроводе с антикоррозионным покрытием с учетом теплопередачи в окружающую среду.

(cм. файл PDF) 

Пример 1: Дан стальной трубопровод протяженностью 598 м, трубопровод разбит на 6 участков. Диаметр на первом участке , с толщиной стенки , на втором и последующих участках , Длины участков L1=70 м,  L2=140 м,  L3=2,5 м,  L4=30 м,  L5=1,5 м,  L6=354 м. Участки 3-5 находятся в грунте, участки 1, 2, 6 находятся над грунтом. Плотность воды , Объемный расход воздуха Начальная температура трубопровода температура горячей воды на входе , а окружающей среды  Найти изменение температуры  во времени на всех участках и на выходе из трубопровода. Найти изменение температур без изоляции и  с изоляцией, в качестве изоляции применяется изовер с    [3].

Решение 1. Определим коэффициент теплоотдачи при вынужденном течении жидкости на 1 участке трубопровода [3]

коэффициент теплоотдачи при свободнойконвекции воздуха на 1 участке [3] 

Определим коэффициент теплоотдачи при вынужденном течении жидкостина 2-6 участке трубопровода

коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции воздуха на 2-6 участках

2. Коэффициент теплопередачи без изоляции

Коэффициент теплопередачи с изоляцией

(cм. файл PDF)

Исходные данные и полученные значения d₁, k, подставляя в зависимость (4) для конкретных значений времени и координат, получаем распределение Т( ). Результаты расчетов приведены в таблице 1 и 2, и получены зависимости распределения температур на рис.1, из которого видно, что изменение температуры в трубопроводе без изоляции составляет 9,21⁰С, а с применением в качестве изоляции изовера составило 2,68⁰С. Также следует отметить, что при прохождении трубопровода под землей потери значительно снижаются (участки 3-5).

Пример 2: В условиях примера 2 рассмотрим трубопровод изготовленный из базальта, его теплофизические свойства известны:  [4].  Решить эту же задачу.

Таблица 1.  Результаты расчета трубопровода без изоляции

Таблица 2.  Результаты расчета трубопровода с изоляцией материал-изовер

Рисунок 1. Зависимость распределения температуры по координате.

Выводы

1. Не учет переноса теплоты теплоносителем теплопроводностью вдоль длины трубопровода не оказывает существенного влияния на изменение ее температуры в конкретной координате.
2. Полученные зависимости позволяют провести оценку тепловых потерь от теплоносителя через стенки трубопровода в окружающую среду.
3. Изменение температуры в трубопроводе без изоляции составляет 9,21⁰С, а с применением изоляционного материала (изовера) составило 2,68⁰С.
4. Тепловые потери в окружающую среду при замене стального трубопровода на базальтовый уменьшились в 1,8 раз. Q_{СТАЛЬНОЙ}=179 кВт, Q_{БАЗАЛЬТОВЫЙ}=101,2 кВт.

Обозначения   

• соответственно температуры теплоносителя и окружающей трубопровод среды, К;
• коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К); - удельная массовая изобарная теплоемкость, Дж/(кг. К); - плотность, кг/м³, u - скорость теплоносителя, м/с;  - время, с; х- продольная координата, м; L- длина трубопровода, м; d₁- внутренний диаметр трубопровода, м.

ЛИТЕРАТУРА

1. Файрушин А.Ф., Половняк В.К. Моделирование теплопередачи в трубопроводе с антикоррозийным покрытием// Современные проблемы науки и образования, 2009, № 6.
2. Логинов В.С., Симонова О.С. Моделирование нестационарной температуры теплоносителя в трубопроводе с антикоррозионным покрытием с учетом теплопередачи// Научный электронный архив. URL. http: // econf.rae.ra/article/6.392
3. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учебное пособие для вузов. - 4-е изд., перераб.- М.: Энергия, 1980 - 288с.
4. Митина Н.А., Лотов В.А. Использование базальтового волокна в технологии ячеистого бетона. Проектирование и строительство в Сибири. - 2005. - №3.