Главная страница
Навигация по странице:

  • 5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

  • 7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  • 8. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  • История эконометрики. Министерство общего и профессионального


    Скачать 284.01 Kb.
    НазваниеМинистерство общего и профессионального
    АнкорИстория эконометрики
    Дата06.10.2018
    Размер284.01 Kb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаИстория эконометрики.pdf
    ТипДокументы
    #7622
    КатегорияМатематика
    МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
    ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра процессов, машин и аппаратов химических производств ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ Методические указания к лабораторной работе № э по курсу Теплотехника для студентов специальности 170500 - Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов и направления 550900 - Теплоэнергетика Составители ИВ. Дворовенко ИВ. Павлова Рассмотрены и утверждены на заседании кафедры Протокол № 3 от 13.11.98 Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 170500 Протокол № 3 от 13.11.98 Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ Кемерово 1999

    1
    1. ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Целью работы является изучение термического сопротивления изоляции трубопроводов. Задачами исследования могут быть
    1. Определение зависимости линейного термического сопротивления от толщины и материала изоляции.
    2. Подбор толщины и материала изоляции в зависимости от диаметра трубопровода при заданном значении теплопотерь по длине трубопровода. Определение критического диаметра изоляции.
    4. Зависимость теплопотерь от скорости теплоносителя и диаметра трубы.
    5. Расчет экономической толщины изоляции в зависимости от стоимости теплопотерь и изоляции. Входе работы на модели реального трубопровода студенты экспериментально измеряют параметры, определяющие теплопередачу через многослойную цилиндрическую стенку. По полученным данным рассчитываются термическое сопротивление изоляции, потери тепла в трубопроводе, экономическая толщина изоляции. На основании анализа полученных результатов делаются выводы по работе.
    2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ При движении теплоносителя по трубопроводу происходит непрерывная утечка тепла в окружающую среду из-за значительной разности температур. Снижение потерь достигается применением тепловой изоляции трубопроводов. При хорошем состоянии изоляции тепловые потери не должны превышать 5% от отпуска тепла. Использование изоляции имеет также эргономическое значение, вследствие снижения температуры наружной поверхности трубопровода, значение которой во избежание ожогов не должно превышать 60 С. Снижение тепловых потерь уменьшает падение температуры теплоносителя по длине трубопровода. Тепло от горячего теплоносителя к окружающей среде передается через многослойную цилиндрическую стенку (рис. 1). Количество переданного тепла в единицу времени определяется по формуле

    2
    t
    R
    L
    Q
    L
    R

    π
    =
    , (1) где Q
    R
    - количество тепла, переданного от теплоносителя к окружающей среде в единицу времени, Вт
    t

    - средняя разность температур теплоносителя и окружающей среды, С
    R
    L
    - линейное термическое сопротивление трубы и изоляции,


    К)/Вт;
    L - длина трубы, м. Величина
    R
    L
    равна
    2 2
    2 1
    1 1
    1 2
    1 2
    1 из, (2) где
    α
    1
    - коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к внутренней поверхности трубы, Вт/(м
    2

    К);
    α
    2
    - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к окружающей среде, Вт/(м
    2

    К);
    λ
    - теплопроводность материала стенки трубы, Вт/(м

    К); из - теплопроводность слоя изоляции, Вт/(м

    К);
    d
    1
    - внутренний диаметр трубы, м t
    d
    1
    d d
    2
    α
    2
    , t
    0
    Q
    1 2 3 Рис. 1. Теплопередача от теплоносителя к окружающей среде
    1 - труба, 2 - теплоизоляция, 3 - профиль температуры

    3
    d - наружный диаметр трубы без изоляции, м
    d
    2
    - наружный диаметр слоя изоляции, м. Средняя разность температур теплоносителя и окружающей среды определяется как среднелогарифмическая:
    0 12 0
    11 12 11
    t
    t
    t
    t
    ln
    t
    t
    t



    =

    , где t
    11
    – температура теплоносителя на входе в трубопровод, С – температура теплоносителя на выходе из трубопровода, С - температура окружающей среды, С. Расчет коэффициента теплоотдачи
    α
    1
    от теплоносителя к внутренней стенке трубы проводится по различным формулам в зависимости от режима течения в трубе
    - при развитом турбулентном стабилизированном течении
    (Re
    >
    10000):
    43 0
    8 0
    021 0
    ,
    ,
    Pr
    Re
    ,
    Nu
    =
    ; (3)
    - в переходной области (2300
    <
    Re
    <
    10000) для практических расчетов рекомендуется пользоваться приближенным уравнением
    43 0
    9 0
    008 0
    ,
    ,
    Pr
    Re
    ,
    Nu =
    ; (4)
    - при ламинарном течении (Re
    <
    2300) при отсутствии свободной конвекции
    33 0
    4 0
    1 4
    1
    ,
    ,
    Pr
    )
    L
    d
    Re
    (
    ,
    Nu
    =
    . (5) В формулах (3) - (5) определяющая температура - средняя температура теплоносителя, определяющий размер - внутренний диаметр трубы
    ν
    =
    1
    wd
    Re
    - критерий Рейнольдса;
    λ
    α
    =
    1 1
    d
    Nu
    - критерий Нуссельта;
    a
    Pr
    ν
    =
    - критерий Прандтля;
    w - средняя скорость движения теплоносителям с
    ν
    - коэффициент кинематической вязкости теплоносителям с а - коэффициент температуропроводности, мс.

    4 Свойства теплоносителя рассчитываются при определяющей температуре. Теплоотдача от наружной поверхности изоляции к окружающей среде осуществляется двумя способами лучеиспусканием и конвекцией. Коэффициент теплоотдачи
    α
    2
    равен
    K
    L
    2 2
    2
    α
    +
    α
    =
    α
    , (6) где
    α
    2L
    - коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, Вт/(м
    2

    К);
    α
    2K
    - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м
    2

    К). Коэффициент рассчитывается по формуле
    (
    )
    0 2
    4 0
    4 2
    2 100 273 100 273
    t
    t
    t
    t
    C
    L














     +

    

    
     +
    ε
    =
    α
    , (7) где
    ε
    - степень черноты наружной поверхности изоляции С =5,67 Вт/(м
    2

    К
    4
    ) – коэффициент излучения абсолютно черного тела
    2
    t
    – средняя температура наружной поверхности изоляции, С. Расчет коэффициента теплоотдачи Кот наружной поверхности изоляции к окружающей среде можно производить по приближенным зависимостям
    - при естественной конвекции
    25 0
    2 0
    2 2
    16 К −
    =
    α
    ; (8)
    - при вынужденной конвекции
    3 0
    2 7
    0 0
    2 65 К (9) где w
    0
    - скорость воздуха, мс. На входе в трубопровод температура теплоносителя равна t
    11
    , тогда максимальное располагаемое количество тепла будет равно
    (
    )
    0 11
    t
    t
    G
    c
    Q
    p
    max

    =
    , Вт, (10) где с - изобарная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг

    К);
    G - массовый расход теплоносителя, кг/с. Количество тепла, которое потеряет теплоноситель при изменении его температуры отв начале трубопровода до t
    12
    в конце трубопровода, составит

    5
    (
    )
    12 11
    t
    t
    G
    c
    Q
    p
    T

    =
    . (11) При выборе тепловой изоляции для покрытия трубопроводов необходимо учитывать изменение наружного диаметра. Рассмотрим уравнение. С увеличением наружного диаметра d
    2
    и неизменным наружным диаметром трубы d первое и второе слагаемые (обозначим их через
    R
    C
    ) в уравнении (2) будут постоянными, третье слагаемое из 2
    1
    будет увеличиваться, а четвертое
    

    

    α
    =
    α
    2 2
    1
    d
    R
    – уменьшаться (рис. 2). Таким образом, линейное термическое сопротивление теплопередачи будет определяться характерным изменением термического сопротивления теплопроводности изоляции R
    λ
    и термического сопротивления теплоотдачи от наружной поверхности к окружающей среде Исследуя уравнение (2) на экстремум можно получить значение внешнего диаметра трубы, соответствующего минимальному линейному термическому сопротивлению, называемому критическим диаметром цилиндрической стенки
    R
    R
    λ
    R
    L
    R
    α
    R
    C
    d
    2
    d
    1 кр Рис. 2. Зависимость термического сопротивления трубопровода от наружного диаметра

    6 2
    2
    α
    λ
    =
    из
    кр
    d
    . (12) При кр с увеличением d
    2
    полное термическое сопротивление теплопередачи снижается, т.к. увеличение наружной поверхности оказывает большее влияние на термическое сопротивление, чем увеличение толщины стенки.
    3. ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ Лабораторная работа выполняется на IBM - совместимом компьютере в среде операционной системы Windows 3.1 и выше. Для выполнения работы необходимо запустить программу Изоляция. Установка (рис) состоит из трубы 1 круглого сечения, теплоизоляции, регуляторов размеров трубы 6-7 и толщины теплоизоляции 10, списков материалов стенки трубы 8 и теплоизоляции 9, измерительного блока, в состав которого входят датчики и приборы для измерения температур и расходов. Предполагается, что трубопровод прямой, без местных сопротивлений. Материал стенки трубы выбирают из комбинированного списка 8, для этого нужно установить курсор мыши на кнопку справа от списка и щелкнуть левой клавишей мыши, в раскрывшемся списке поместить курсор мыши на название нужного материала стенки трубы и щелкнуть левой клавишей. Диаметр трубы и длину трубы задают при помощи регуляторов и 7 соответственно. Для увеличения размера необходимо щелкнуть по верхней кнопке регулятора, для уменьшения щелкнуть по нижней. Размеры трубы (наружный диаметр и толщина стенки) указываются рядом с регуляторами. Материал изоляции выбирают аналогично выбору материала стенки трубы из комбинированного списка 9. Толщину изоляции задают регулятором 10. Кроме этих параметров студент может устанавливать значение температуры воздуха регулятором
    11, температуры теплоносителя на входе в трубу регулятором 12, расхода теплоносителя регулятором 13 и скорости воздуха регулятором 14. Измерение температуры воздуха производится датчиком 5, температуры теплоносителя на входе и выходе трубы - датчиками 3, температуры наружной поверхности трубы - датчиками 4. На приборе 15 показывается температура воздуха, на приборах 16 и 17 – температура теп-

    7 Рис. 3. Вид лабораторной установки на экране компьютера
    1 - трубопровод, 2 - изоляция, 3 - датчики температуры теплоносителя на входе и выходе трубопровода, 4 - датчики температуры наружной поверхности изоляции на входе и выходе трубопровода,
    5 - датчик температуры воздуха, 6 - регулятор диаметра трубы,
    7 - регулятор длины трубы, 8 - список материалов стенки трубы,
    9 - список материалов изоляции, 10 - регулятор толщины изоляции,
    11 - регулятор температуры воздуха, 12 - регулятор температуры теплоносителя на входе в трубопровод, 13 - регулятор расхода теплоносителя- регулятор скорости воздуха, 15 - температура воздуха- температура теплоносителя на входе и выходе трубопровода- температура наружной поверхности изоляции на входе и выходе трубопровода, 20 - цена деления расходомера, 21 - расходомер для измерения расхода теплоносителя, 22 - скорость воздуха,
    23 - графики распределения температур и потерь тепла по длине трубопровода
    3 4
    5 2
    23 6
    7 8
    9 10 13 12 11 14 15 16 17 19 18 21 22 20

    8 лоносителя на входе и выходе трубы соответственно, на приборах 18 и
    19 - температура наружной поверхности трубы на входе и выходе теплоносителя соответственно. Расход теплоносителя измеряют при помощи расходомера 21, цена деления ротаметра устанавливается автоматически в зависимости от диаметра трубы и показывается на табло 20. Скорость воздуха измеряют анемометром 22. На графике 23 отображаются диаграммы потерь тепла по длине трубы (красного цвета, распределения температуры теплоносителя по длине трубы (синего цвета) и температуры наружной поверхности трубы (зеленого цвета.
    4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ Перед выполнением работы студент должен знать теоретические положения изучаемого физического явления, изучить устройство лабораторной установки, уметь задавать и определять значения физических величин температуры, расхода, уметь изменять размеры трубы, материал трубы и теплоизоляции. Студенту необходимы навыки работы на компьютере в операционной среде Windows 3.1. Перед проведением работы подготавливается журнал наблюдений для записи измеряемых величин по образцу табл. 1 приложения. По указанию преподавателя выбирается задача исследования, определяются диапазоны параметров изучаемого процесса. Работу выполняют в следующей последовательности
    1. Для входа в локальную сеть компьютера набрать команду login и сетевое имя lab.lab.
    2. Запустить операционную систему Windows3.1, для этого нужно набрать команду win.
    3. В окне Лабораторные работы выбрать программу Изоляция и запустить на исполнение (поместить на пиктограмму программы курсор мыши и дважды щелкнуть полевой клавише мыши. На экране компьютера появится окно программы, аналогичное рис. 3.
    4. Выбрать материал стенки трубы и теплоизоляции при помощи комбинированных списков 8 и 9.
    5. Установить размеры трубы регуляторами 6 и 7 и толщину изоляции- регулятором 10.

    9 6. Задать температуру теплоносителя на входе в трубу регулятором, температуру воздуха регулятором 11, расход теплоносителя регулятором и скорость воздуха регулятором 14.
    7. В журнал наблюдений записать размеры и материал трубы и теплоизоляции показания приборов 15-22, определить теплопотери по графику 23.
    8. Пункты 4 - 7 повторить до выполнения задачи исследования.
    5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
    1. На основании проведенных исследований произвести расчет массового расхода теплоносителя G, его средней скорости движения w, критериев Re, Pr. Теплофизические свойства теплоносителя, материалов трубы и изоляции найти по справочниками приложению при определяющей температуре.
    2. В зависимости от режима движения теплоносителя в трубе значения критерия Re) по уравнениям (3) - (5) рассчитать критерий Nu и коэффициент теплоотдачи
    α
    1
    . По уравнениям (6) - (9) рассчитать коэффициент теплоотдачи
    α
    2
    . Далее определить максимальное располагаемое количество тепла на входе в трубопровод Q
    max
    по уравнению
    (10), потери тепла в трубопроводе Q
    R
    и Т по уравнениями) и долю потерь Если температура теплоносителя на выходе превышает температуру воздуха менее чем на один градус, то расчет по формуле (1) не выполнять, а потери тепла через стенку трубы и слой теплоизоляции принять равными максимальному располагаемому количеству тепла на входе в трубопровод Q
    max
    3. Полученные данные занести в табл. 2 приложения, записи в которой должны соответствовать записям в табл приложения.
    4. По результатам расчетов построить графики Задача 1. Зависимость линейного термического сопротивления от толщины изоляции из) для различных материалов изоляции и диаметров трубопровода. Зависимость располагаемого количества тепла на выходе из трубопровода от толщины изоляции из.

    10 Задача 2. Зависимость линейного термического сопротивления от толщины изоляции из. Зависимость потерь тепла от длины трубопровода для различной толщины изоляции. По графику определить толщину изоляции для допустимого значения теплопотерь. Построить несколько графиков для различных диаметров и материалов изоляции. Задача 3. Зависимость термического сопротивления от наружного диаметра трубопровода. На графике показать зависимости R
    C
    , R
    λ
    и от d
    2
    и суммарную зависимость линейного термического сопротивления от d
    2
    . Графически (рис. 2) и по зависимости (12) определить значение кр. Построить несколько графиков для различных диаметров и материалов изоляции. Задача 4. Зависимость располагаемого количества тепла на выходе из трубопровода от массового расхода Q=f(G) при постоянных из и d. Зависимость Q от d при постоянном G и
    δ
    из
    Задача 5. Для определения экономической толщины изоляции э необходимо рассчитать сумму затрат Сна годовые теплопотери иго- довые отчисления от стоимости изоляции и найти минимум этой функции. Уравнение для расчета суммы затрат имеет вид
    из
    Q
    из
    Т
    Г
    C
    C
    Z
    ,
    Z
    Q
    C
    +
    =
    +
    =
    Σ
    2 0
    , (13) где Г - годовые теплопотери, кВт Т - стоимость 1 кВт тепла, руб
    δ
    э
    С
    из
    С
    Σ
    С
    Q
    δ
    , мм Сруб. Рис. Зависимость затрат от толщины

    11 0,2 - коэффициент, учитывающий годовые отчисления от начальной стоимости изоляции и затраты на ее обслуживание изначальная стоимость изоляции, руб. Ориентировочные данные по стоимости 1 кВт тепла им изоляции приведены в приложении. Для нахождения минимума функции (13) построить графики зависимостей С Сиз и Сот (рис. 4) и определить экономическую толщину изоляции э. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ Отчет оформляется на листах бумаги формата А в соответствии со стандартами. Отчет должен содержать а) титульный лист установленной формы б) краткое изложение теоретических положений в) принципиальную схему установки г) таблицы Журнал наблюдений и Результаты расчета д) графики изменения параметров е) анализ результатов работы.
    7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
    1. Цель работы.
    2. Методика проведения эксперимента.
    3. Расчет теплопередачи через многослойную цилиндрическую стенку.
    4. Анализ термических сопротивлений теплопередачи через многослойную цилиндрическую стенку.
    5. Движущая сила процесса теплопередачи и способы снижения теплопотерь.
    6. Отчего зависит закономерность теплоотдачи от теплоносителя к внутренней поверхности трубы
    7. Что такое определяющая температура, определяющий размер
    8. Что такое критический диаметр цилиндрической стенки Как уменьшить его значение

    12
    8. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
    1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел АС. Теплопередача Учебник для вузов. - е изд, перераб. и доп. - М Энергоиздат, 1981. -
    416 с.
    2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии Учеб. пособие для вузов / Под ред. П.Г. Романкова. - е изд, перераб. и доп. - Л Химия с.
    3.
    Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара Справочнике изд, перераб. и доп. - М
    Энергоатомиздат, 1984. - 80 с.

    П
    р
    илож
    ение
    Таблица
    ЖУРНАЛ НАБЛЮДЕНИЙ
    Размеры трубы, мм
    Расход теплоносителя Температура,
    °
    C Теплоносителя Наружной поверхности пп Наружный диаметр Толщина стенки
    δ
    Длина L Материал трубы
    Материал изоляции Толщина изоляции из, мм
    Скорость воздуха, мс Показания ротаметра, дел
    Цена деления, кг/с
    Воздуха
    Вход t
    11 Выход t
    12 Вход t
    21 Выход t
    22 Потери тепла, %
    1 2
    3 4
    5 6 7 8 9
    10 11 12 13 14 15 16

    2 Продолжение прил Таблица 2 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
    Ко эффициент теплоотдачи Потери тепла

    п/
    п Массовый расход теплоносителя, кг
    /с Средняя скорость теплоносителя, мс Критерий Теплопроводность материала трубы
    λ
    , Вт
    /(м

    К) Теплопроводность материала изоляции из,
    Вт/(
    м

    К)
    Теп лон осител ь-труба
    α
    1,
    Вт
    /(м
    2

    К)
    Труба
    -возду х
    α
    2
    , Вт
    /(м
    2

    К) Линейное термическое сопротивление,
    (
    м

    К)/
    Вт Максимальное количество тепла Qmax
    , Вт , Вт
    Q
    T, кВт

    Q, %
    1 2
    3 4 5 6
    7 8
    9 10 11 12 13 Цена 1
    ГДж горячей воды или пара равна руб Продолжение прил Данные по материалам изо

    л
    яции
    Таблица
    3 Материал изоляции Теплопроводность, Вт (
    м

    К
    ) Предельная температура,
    0
    С
    Плотность
    ρ
    , кг

    3
    Стоимость
    , руб м3АрмоальфольАсбо цемент
    Бето н
    Винидур
    Войлок строительный
    Диатомит
    Зол а
    Керамзит
    Кир пич красный
    Минер альная вата
    Ньювель
    Опилки древесные
    Пакля
    Пенобетон
    Пено пласт
    Ру берои д
    Совелит
    Стекловата
    Туф
    Шамо т
    Шевелин
    0,
    059+0,
    00026
    t
    0,
    087+0,
    000 13
    t
    1,
    16 0,
    093 0,
    052+0,
    0002
    t
    0,
    11
    +0,
    00023
    t
    0,
    11 6
    0,
    232 0,
    754 0,
    06+0,
    000 186
    t
    0,
    009 14+0,
    00068
    t
    0,
    08 1
    0,
    07 0,
    11 6+0,
    00023
    t
    0,
    058 0,
    15 1
    0,
    0795+0,
    000 188
    t
    0,
    039+0,
    000394
    t
    0,
    232 0,
    696+0,
    000638
    t
    0,
    0464 550 450 100 60 100 80 90 1000 400 200 350 60 200 400 100 50 500 450 1300 1900 60 100 400 2000 65 140 500 450 600 1700 250 370 200 250 500 100 700 420 140 900 1700 120 22 51 32 70 22 7
    18 26 88 70 25
    Составители Игорь Викторович Дворовенко Ирина Владимировна Павлова ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ Методические указания к лабораторной работе № э по курсу Теплотехника для студентов специальности 170500 - Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов и направления 550900 - Теплоэнергетика
    Редактор ЕЛ. Наркевич
    ЛР № 020313, от 23.12.96. Подписано в печать 23.01.99. Формат х. Бумага офсетная. Уч. - изд. л. 1,0. Тираж 50 экз. Заказ . Кузбасский государственный технический университет.
    650026, Кемерово, ул. Весенняя , 28. Типография Кузбасского государственного технического университета.
    650099, Кемерово, ул. Д. Бедного 4a.


    написать администратору сайта