CC BY
3
УДК 00 - 658.264
Аюкаева Л.Р. студент ТОТмв-21 научный руководитель: Ковальногов В.Н., д.тн.
Ульяновский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГАЗОВ НА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЮ
ТРУБОПРОВОДОВ
Аннотация. Эффективность работы тепловой сети определяется потерями, поэтому минимизация тепловых потерь - актуальная научно-техническая задача. Традиционным решением является выбор современного теплоизоляционного материала с улучшенными характеристиками.
Ключевые слова: тепловая сеть, тепловая изоляция, коэффициент теплопроводности, пенополиуретан.
Ayukaeva L.R. student TOTmv-21
Scientific adviser: Kovalnogov V.N., Doctor of Technical Sciences
Ulyanovsk State Technical University
RESEARCH OF THE EFFECT OF GASES ON THERMAL INSULATION OF PIPELINES
Abstract. The efficiency of the heating network is determined by losses, therefore, minimizing heat losses is an urgent scientific and technical task. The traditional solution is to choose a modern thermal insulation material with improved characteristics.
Key words: heat network, thermal insulation, thermal conductivity coefficient, polyurethane foam.
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:
яэиф = [(1- П) * Яи + П * Яг], рЩф = [(1 - п) * Ри + П * Рг], сИФ = [(1- П) * Си + П * сг], где ЛИФ, Аи , Лг - эффективный коэффициент теплопроводность изоляции, коэффициент теплопроводности ППУ изоляции (принимается 0,035 Вт/(м*°С)), коэффициент теплопроводности газа, Вт/(м*°С) соответсвенно;
рИФ , ри, рг - эффективная плотность изоляции, плотность ППУ изоляции (принимается 60 кг/м3), плотность газа соответственно, кг/м3;
сиф, си, сг - эффективная удельная теплоемкость изоляции, удельная теплоемкость ППУ изоляции (принимается 1470 Дж/(кг*° с)), удельная
Дж /
теплоемкость газа соответственно, ^ /^кг * о
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/м3 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 и обратного ^2)
трубопроводов определяется по формулам:
1 , й+2* 5-, 1 , й + 2* 51+ 2* 5п 1
Д1 = -г- 1П -1 + -- 1П -1—;-п +
1
2* я* Аи й 2* я* Ап ^+2* 51 я*(^+2* 51+ 2* 5п)* ап'
[м * град/Вт],
п 1 , й+2* 52 1 , й+2* 52 + 2* 5п 1
= -— 1п -2 + -— 1п --п +
12 — - 1п - + - 1п - + -,
2 2* я* Аи й 2* я* Ап ^+2* 52 я*(^+2* 52 + 2*5п)* ап
[м * град/Вт],
где ё - наружный диаметр трубопроводов, м;
£из1, ^из2 - толщина изоляции на подающем и обратном трубопроводах соответственно, м; 5из1=5из2=55,5 мм.
^из , - коэффициенты теплопроводности изоляции и наружного покрытия соответственно, Вт/м °С. Принимается Лп = 0,1 Вт/(м*°С).
ап - коэффициент теплоотдачи от изоляции к стенкам канала, Вт/ м2 °С. Принимается ап = 12 Вт/ м2°С.
5п - толщина наружного покрытия трубопроводов, м. Принимается в соответствии с диаметром трубы 5п = 7 мм.
Температура воздуха внутри непроходного железобетонного канала определяется по формуле:
т1 т2 ¿гр
. _Ri Й2 Д Гор"!
щк 1 1 1 , L^^
r1+R2+R
где , Дко - термическое сопротивление подающего, обратного трубопровода, а также термическое сопротивление на поверхности канала и грунта(м * град)/Вт;
tip - температура грунта, °С;
т1, т2 - температуры теплоносителя для подающего и обратного трубопроводов, ° .
Удельные тепловые потери трубопроводов рассчитываются по формуле:
q=I—HK, [Вт/м] ,
где т - температура теплоносителя, °С;
- термическое сопротивление подающего трубопровода, (м * град)/Вт; ß2 - термическое сопротивление обратного трубопровода, (м * град)/Вт; W - температура воздуха внутри непроходного железобетонного канала, °С.
Расчеты проводились в программе Microsoft Excel и все результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Вещество (м * град)/Вт. й2, (м * град)/Вт. tm, С. q1, 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.
Использованные источники:
1. Малявина Е.Г. Теплопотери здания. Справочное пособие. М.: Издательство АВОК - ПРЕСС. 2007 г.
2. Ковальногов В.А. Повышение эффективности совмещенного шлифования с применением СОЖ путем термостабилизации зоны обработки. Диссертация к.т.н. УлГТУ, 2000 - 40-43 с.
3. Теплоэнергетика и теплоснабжение: Сборник научных трудов научно -исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ, 2002.-196 с.
4. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов.- 7-е изд., стереот.- М.:Издательство МЭИ, 2001. - 472 с.
