CC BY
11
УДК 735.29. (32)
Я.К. Плечикова, А.О. Харитонов*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 * e-mail: aharitonov@muctr.ru
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
В работе представлено техническое решение по конструктивному совершенствованию теплового защитного кожуха трубопроводов. Выполнено математическое моделирование теплообменного процесса между теплоносителем внутри трубопровода и окружающей средой. Моделирование осуществлено по методу конечных элементов с использованием программного комплекса Ansys 5.5 ED.
Ключевые слова: тепловая защита, трубопровод, математическое моделированние, метод конечных элементов.
Передача тепловой энергии по трубопроводам на большие расстояния сопряжены с большими потерями вследствие ее рассеяния в окружающую среду. По различным экспертных оценкам эти потери могут достигать 30% и более[1], поэтому задача сокращения непроизводственных потерь тепловой энергии является актуальной.
Наиболее распространенной тепловой защитой трубопроводов является применение кожухов с наполнителями из вспененных полимерных материалов или минеральной ваты, охватывающих поверхность труб.
В данной работе предлагается конструктивное совершенствование теплозащитных кожухов, существо которого заключается в том, что между наружной поверхностью трубы и внутренней поверхностью наполнителя создается воздушный зазор (рис.1).
Рис. 1. Конструкция тепловой зашиты трубопровода: 1 - труба; 2 - теплоностиель; 3 - воздушный зазор; 4 -кожух; 5 - наполнитель
Эффективность предложенной конструкции тепловой защиты обусловлена заменой контактного теплообмена поверхности трубопровода 1 с наполнителем 2 конвективной теплопередачей. Численное моделирование теплообменного процесса выполняли по методу конечных элементов с использованием программного пакета Ansys 5/5 ED. В данном представлении задача формулируется, как стационарная осесимметричная решение которой может быть получено на основе нелинейного типа анализа. Используя симметрию конструкции, в качестве области решения выбрали одну половину. Расчетная конечно-элементная сетка построена на 210 узлах и состоит из 193 элементов. Были использованы три группы конечных элементов из библиотеки указанной программы: Plane 55, Link 32, Matrix 50. Конвективная теплопередача моделировалась с использованием суперэлемента с температурной степенью свободы.
Решение выполнялось с использование единиц измерения системы СИ. Коэффициенты теплопроводности для стали и для минеральной ваты принимали соответственно равными 45 Вт/м*К и 0,05 Вт/м*К. Значение температурно-зависимого коэффициента конвективной
теплоотдачи принималось по рекомендации [2].
Изолинии компонентов теплового потока и его температурный градиент, полученные в результате решения поставленной задачи, представлены на рис. 2.
Предложенная расчетная методика позволяет определить параметры защитного кожуха, обеспечивающие минимальные потери тепловой энергии.
Рис. 2. Тепловой поток, Вт\м2: а - изолинии; б - векторное отображение
Плечикова Яна Константиновна, магистранка 2 курса факультета Инженерной химии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Харитонов Александр Олегович, профессор, докт. тенх. наук, заведующий кафедрой стандартизации и инженерно-компьютерной графики РХТУ им. Д. И. Менделеева, г. Москва,
Литература
1. Михайлов С.А. Теплоснабжение Российской Федерации в цифрах // Новости теплоснабжения. - 2002. -№8. - С. 24-31.
2. Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера: Механика разрушения. М.: ЛЕНАНД - М, 2010. - 456 с.
Plechikova YanaKonstantinovna, Kharitonov Alexander Olegovich*
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * alharitonov@yandex.ru
IMPROVEMENT OF THERMAL PROTECTION OF PIPELINES Abstract
The paper presents a technical solution according to the constructive improvement of the thermal protective housing for pipelines. Mathematical simulation of heat exchange process between the coolant inside the pipeline and the environment. Simulation was performed by finite element method using software Ansys 5.5 ED.
Key words: heat shield, tubing, mathematical simulation, finite element method
