Файл: И.В. Дворовенко Определение термического сопротивления изоляции.pdf

При d2< dкр с увеличением d2 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.3) состоит из трубы 1 круглого сечения, теплоизоляции 2, 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 6 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

4 5 6

9

18

19

21

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, 14 - регулятор скорости воздуха, 15 - температура воздуха, 16, 17 - температура теплоносителя на входе и выходе трубопровода, 18, 19 - 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

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

исетевое имя lab.lab.

2.Запустить операционную систему Windows3.1, для этого нужно набрать команду win.

3.В окне “Лабораторные работы” выбрать программу “Изоля-

ция” и запустить на исполнение (поместить на пиктограмму программы курсор мыши и дважды щелкнуть по левой 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 12, температуру воздуха регулятором 11, расход теплоносителя регулятором 13 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 справочникам [2-3] и 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 Qmax по уравнению (10), потери тепла в трубопроводе QR и QТ по уравнениям (1) и (11) и долю потерь:

∆ Q = QR 100 % .

Qmax

Если температура теплоносителя на выходе превышает температуру воздуха менее чем на один градус, то расчет QR по формуле (1) не выполнять, а потери тепла через стенку трубы и слой теплоизоляции QR принять равными максимальному располагаемому количеству тепла на входе в трубопровод Qmax.

3.Полученные данные занести в табл. 2 приложения, записи в которой должны соответствовать записям в табл.1 приложения.

4.По результатам расчетов построить графики:

Задача 1. Зависимость линейного термического сопротивления от толщины изоляции RL=f(δ из) для различных материалов изоляции и диаметров трубопровода. Зависимость располагаемого количества тепла на выходе из трубопровода от толщины изоляции Q=f(δ из).

10

Задача 2. Зависимость линейного термического сопротивления от толщины изоляции RL=f(δ 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 RC, Rλ и Rα от d2 и суммарную зависимость линейного термического сопротивления от d2. Графически (рис. 2) и по зависимости (12) определить значение dкр. Построить несколько графиков для различных диаметров и материалов изоляции.

СQ

δ , мм

δ э

Рис.4. Зависимость затрат от толщины

Задача 4. Зависимость располагаемого количества тепла на выходе из трубопровода от массового расхода Q=f(G) при постоянных δ из и d. Зависимость Q от d при постоянном G и δ из.

Задача 5. Для определения экономической толщины изоляции δ э необходимо рассчитать сумму затрат СΣ на годовые теплопотери и годовые отчисления от стоимости изоляции и найти минимум этой функ-

где QГ - годовые теплопотери, кВт; ZТ - стоимость 1 кВт тепла, руб.;