Расчет процессов в тепловых двигателях и компрессорах
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
>
Теплопередача
Вопросы:
. Выбор материала тепловой изоляции трубопроводов, критический диаметр тепловой изоляции.
. Теплоотдача при свободной конвекции в неограниченном пространстве.
Задачи:
работа термодинамический расширение сжатие
4. Какова должна быть толщина слоя изоляции паропровода наружным диаметром d2, если при температуре его поверхности tс2 наружная поверхность изоляции имеет температуру tс3 = 60 0С. Коэффициент теплопроводности изоляции ?из, температура окружающего воздуха tв = 20 0С, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции - ?2.
. Определить коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубки конденсатора паровой турбины к охлаждающей воде, количество передаваемой теплоты и длину трубки, если средняя по длине температура внутренней поверхности трубки Тст = 293 К, внутренний диаметр трубки d, температуры воды на входе и выходе из трубки Тж1 и Тж2, а средняя скорость воды в трубке - w.
Ответы на теоретические вопросы
Вопрос №7.
Материалы теплоизоляционного слоя
Для изоляции трубопроводов прежде всего рекомендуется применять формованные теплоизоляционные материалы, которые обеспечат значительное сокращение трудозатрат и сроков монтажа. Для этой цели лучше всего подходят цилиндры из стекловолокна или минеральной ваты на синтетическом связующем.
При температуре от минус 60 до 280оС для трубопроводов наружным диаметром до 325 мм в соответствии с номенклатурой рекомендуется применять цилиндры производства Сен-Гобен Изовер. При более высоких температурах могут быть применены цилиндры из минеральной ваты на основе базальтового волокна Назаровского ЗТИ, ЗАО Минеральная Вата (Rockwool), ЗАО ИЗОРОК или цилиндры и полуцилиндры фирмы Раroc.
Для трубопроводов диаметром 325 мм и более при температуре до 280оС рекомендуется предусматривать формостабильные маты KVM-50 (Сен-Гобен Изовер), имеющие гофрированную структуру.
Для изоляции трубопроводов в диапазоне температур до 600оС могут быть применены маты прошивные из волокна из горных пород производства ОАО Термостепс, ЗАО ИЗОРОК или Назаровского завода, имеющие очень близкие характеристики, а также изделия из базальтового супертонкого волокна.
Применение матов из шлаковой ваты при температуре более 400оС не может обеспечить долговечность теплоизоляционных конструкций, что подтверждается опытом их применения на объектах энергетики.
Для изоляции трубопроводов холодного водоснабжения наиболее рациональным является применение изделий, обладающих большим сопротивлением паропроницанию, такие, как изделия из вспененного каучука или пенополиэтилена (трубки, рулоны). Они обладают низкой теплопроводностью, высоким сопротивлением паропроницанию, водонепроницаемостью, что обусловлено их структурой (закрытые поры), препятствующей диффузии пара.
Критический диаметр тепловой изоляции:
Рассмотрим влияние изменения наружного диаметра на термическое сопротивление однородной цилиндрической стенки. Имеем:
(1)
При постоянных значениях 1, d1 , ? и 2 полное термическое сопротивление теплопередачи цилиндрической стенки будет зависеть от внешнего диаметра. Из уравнения (1) следует, что при этих условиях 1/ 1d1 ?Rl1 = const.
Термическое сопротивление теплопроводности с увеличением d2 будет возрастать, а термическое сопротивление теплоотдачи 1/ 1d1 =Rl2 будет уменьшаться. Очевидно, что полное термическое сопротивление будет определяться характером изменения составляющих Rlc и Rl2. Изменение частных термических сопротивлений изображено на рисунке 5
Чтобы выяснить, как будет изменяться Rl при изменении толщины цилиндрической стенки, мсследуем Rl , как функцию d2. Возьмем производную от Rl по d2 и приравняем нулю:
Значение d2 из последнего выражения соответствует экстремальной точке кривой Rl = f(d2). Исследовав кривую любым из известных способов на максимум и минимум, увидим, что в экстремальной точке имеет место минимум. Таким образом, при значении диаметра d2=2?/2 термическое сопротивление теплопередачи будет минимальным.
Значение внешнего диаметра трубы, соответствующего минимальному полному термическому сопротивлению теплопередачи, называется критическим диаметром и обозначается dkp. Рассчитывается он по формуле
(2)
При d2 < dkp с увеличением d2 полное термическое сопротивление теплопередачи снижается, так как увеличение наружной поверхности оказывает на термическое сопротивление большее влияние, чем увеличение толщины стенки.
При d2 > dkpс увеличением d2 термическое сопротивление теплопередачи возрастает, что указывает на доминирующее влияние толщины стенки.
Изложенные соображения необходимо учитывать при выборе тепловой изоляции для покрытия различных цилиндрических аппаратов и трубопроводов.
Рассмотрим критический диаметр изоляции, наложенный на трубу (рис. 6). Термическое сопротивление теплопередачи для такой трубы
Из уравнения ql=?t/Rl следует, что ql при увеличении внешнего диаметра изоляции d2 сначала будет возрастать и при d3=dkр будет иметь максимум ql. При дальнейшем увеличении внешнего диаметра изоляции ql будет снижаться (рис.7).
Выбрав какой-либо теплоизоляционный материал для покрытия цилиндрической поверхности, прежде всего нужно рассчитать критичес?/p>