Исследование влияния газов на теплоизоляцию трубопроводов
Автор: Аюкаева Л.Р.
Журнал: Мировая наука @science-j
Рубрика: Основной раздел
Статья в выпуске: 11 (44), 2020 года.
Бесплатный доступ
Эффективность работы тепловой сети определяется потерями, поэтому минимизация тепловых потерь - актуальная научно-техническая задача. Традиционным решением является выбор современного теплоизоляционного материала с улучшенными характеристиками.
Тепловая сеть, тепловая изоляция, коэффициент теплопроводности, пенополиуретан
Короткий адрес: https://sciup.org/140265133
IDR: 140265133
Текст научной статьи Исследование влияния газов на теплоизоляцию трубопроводов
В статье исследуется теплоизолирующая композиция на основе жесткого пенополиуретана, имеющая пористую структуру.
ППУ - один из лучших изоляционным материалом благодаря своему строению (состоит из пор, которые почти на 90% заполнены изоляционными газами). Это тугоплавкий материал, который выдерживает высокие температуры, а также обладает гигроскопическими свойствами и не подвержен воздействию химических веществ и микроорганизмов, имеет высокую удельную прочность.
Теплоизоляция играет важнейшую роль в работе всей системы трубопровода. Если уменьшаться тепловые потери на неё, то функциональность тепловой сети намного повыситься.
Для того, чтобы получить теплоизоляционный материал на основе ППУ с улучшенными характеристиками, то проведем расчет, где в порах вместо воздуха заполнен аргон, теплопроводность которого ниже, чем у воздуха.
При заполнение пор изоляции другими газами, то эффективные теплофизические свойства определяются по зависимостям:
Лэф = [(1- П) *Ли + П *Лг],
РИф = [(1 - П) *ри + П *рг],
С эф = [(1 - П * С и + П * Сг],
где Л Иф , Л и , Л г - эффективный коэффициент теплопроводность изоляции, коэффициент теплопроводности ППУ изоляции (принимается 0,035
Вт/(м*°С)), коэффициент теплопроводности газа, Вт/(м*С) соответсвенно;
Р Иф , Р и , Р г - эффективная плотность изоляции, плотность ППУ (принимается 60 кг/ м 3 ), плотность газа соответственно, кг /^з;
изоляции
удельная
удельная
с Иф , с и , сг - эффективная удельная теплоемкость изоляции, теплоемкость ППУ изоляции (принимается 1470 Дж/ ^кг * oq),
Дж
/ (кг * С)’
теплоемкость газа соответственно,
П - пористость, принимается 0,87.
Исходные данные для расчетов коэффициентов в пористой структуре. как в двухкомпонентной среде, принимаются из справочных материалов научно-технической литературы. Начальные и рассчитанные коэффициенты сведены в таблицу 1.
Таблица 1.
Вещество |
Плотность, кг/ м 3 |
Теплопроводность, Вт/(м*С) |
Удельная теплоемкость, Дж /( кг *С) |
Воздух (нач.) |
1,247 |
0,0251 |
1005 |
Аргон (нач.) |
1,7457 |
0,0169 |
523 |
Воздух (эффект) |
8,8849 |
0,02639 |
1065,45 |
Аргон (эффект) |
9,3187 |
0,01931 |
646,11 |
Термическое сопротивление подающего (R 1 ) и обратного
(R 2 )
трубопроводов определяется по формулам:
^i = —
2* я* Л и
ln
d+2* 5 1 d
+
-^— ln
2* я* Л п
d+2* 5 1 + 2* 5 п d+2* 5 1
+
я*(d+2* 5 1 + 2* 5 п )* а п ,
[м *
град/Вт],
^2 = -^T
2* я* Л и
ln
d+2* 5 2 d
+
-^— In
2* я* Л п
d+2* 5 2 + 2* 5 п d+2* 5 2
+
я*(d+2* 5 2 + 2*5 п )* а п ,
[м *
град/Вт], где d – наружный диаметр трубопроводов, м;
5из 1, 5из2 - толщина изоляции на подающем и обратном трубопроводах соответственно, м; 5из 1=5из2 =55,5 мм.
Л из , Л п - коэффициенты теплопроводности изоляции и наружного покрытия соответственно, Вт/м °С. Принимается Л п = 0,1 Вт/(м*оС).
c п - коэффициент теплоотдачи от изоляции к стенкам канала, Вт/ м 2 °С. Принимается c п = 12 Вт/ м 2 °С.
5 п - толщина наружного покрытия трубопроводов, м. Принимается в соответствии с диаметром трубы 5 п = 7 мм.
Температура воздуха внутри непроходного железобетонного канала определяется по формуле:
т 1 т 2 t гр
R1 R2 R tHK 1 1 1 , [Т],
RT+R2+R где R1, R2, Rк.о - термическое сопротивление подающего, обратного трубопровода, а также термическое сопротивление на поверхности канала и грунта (м * град) /Вт;
trp - температура грунта, Т;
τ1, τ2 – температуры теплоносителя для подающего и обратного трубопроводов, Т.
Удельные тепловые потери трубопроводов рассчитываются по формуле:
q^, [Вт/м] ,
где т - температура теплоносителя, Т;
R 1 , - термическое сопротивление подающего трубопровода, ( м * град)/Вт ;
R2 - термическое сопротивление обратного трубопровода, ( м * град )/ Вт;
1нк - температура воздуха внутри непроходного железобетонного канала, Т.
Расчеты проводились в программе Microsoft Excel и все результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Вещество |
R 1 , (м * град) /Вт. |
R 2 , (м * град) /Вт. |
1 нк , Т. |
q 1 , Вт/м |
q1, Вт/м |
Воздух |
1,8822 |
1,8822 |
29,37932 |
40,17723 |
21,58175 |
Аргон |
2,5322 |
2,5322 |
25,4589 |
31,41186 |
17,58989 |
Анализируя результаты подсчетов, можно сделать вывод, что если уменьшить теплопроводность изоляции, то уменьшаться и удельные потери трубопроводов. Соответственно, что чем ниже теплопроводность, тем лучше теплоизоляция.
Аналогично можно проделать расчеты с другими аналогичными газами, теплопроводность которых ниже теплопроводности воздуха, чтобы получить теплоизоляционный материал с улучшенными характеристиками.
Список литературы Исследование влияния газов на теплоизоляцию трубопроводов
- Малявина Е.Г. Теплопотери здания. Справочное пособие. М.: Издательство АВОК - ПРЕСС. 2007 г.
- Ковальногов В.А. Повышение эффективности совмещенного шлифования с применением СОЖ путем термостабилизации зоны обработки. Диссертация к.т.н. УлГТУ, 2000 - 40-43 с.
- Теплоэнергетика и теплоснабжение: Сборник научных трудов научно - исследовательской лаборатории "Теплоэнергетические системы и установки" УлГТУ, 2002.-196 с.
- Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов.- 7-е изд., стереот.- М.:Издательство МЭИ, 2001. - 472 с.