Термическое сопротивление поверхности

Термическое сопротивление цилиндрической поверхности

  (5)

где πd - площадь поверхности 1 м длины теплопровода, м²; α - коэффициент теплоотдачи от поверхности.

Для определения термического сопротивления поверхности теплопровода необходимо знать две величины: диаметр теплопровода и коэффициент теплоотдачи поверхности. Диаметр теплопровода при тепловом расчете является заданным. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплопровода к окружающему воздуху представляет собой сумму двух слагаемых - коэффициента теплоотдачи излучением α_л и коэффициента теплоотдачи конвекцией α_к:

  (6)

Коэффициент теплоотдачи излучением α_л может быть вычислен по формуле Стефана-Больцмана:

  (7)

где С - коэффициент излучения; t - температура излучающей поверхности, °С.

Коэффициент излучения абсолютно черного тела, то есть поверхности, которая поглощает все падающие на нее лучи и ничего не отражает, С = 5,7 Вт/(м²·К⁴⁾ = 4,9 ккал/(ч·м²·К⁴).

Коэффициент излучения «серых» тел, к которым относятся поверхности неизолированных трубопроводов, изоляционных конструкций и т.п., имеет значение 4,4-5,0 Вт/(м²·К⁴) = 3,8-4,3 ккал/(ч·м²·К⁴).

Коэффициент теплоотдачи от горизонтальной трубы к воздуху при естественной конвекции, Вт/(м·К), можно определить по формуле Нуссельта:

  (8)

где d - наружный диаметр теплопровода, м; t, t₀ - температуры поверхности и окружающей среды, °С.

При вынужденной конвекции воздуха или воздействии ветра коэффициент теплоотдачи:

  (9)

где ω - скорость воздуха, м/с.

Формула (9) действительна при ω > 1 м/с и d > 0,3 м.

Для вычисления коэффициента теплоотдачи по (7) и (8) необходимо знать температуру поверхности. Так как при определении тепловых потерь температура поверхности теплопровода обычно заранее неизвестна, задача решается методом последовательных приближений. Предварительно задаются коэффициентом теплоотдачи наружной поверхности теплопровода α, находят удельные потери q и температуру поверхности t, проверяют правильность принятого значения α.

При определении тепловых потерь изолированных теплопроводов проверочного расчета можно не проводить, так как термическое сопротивление поверхности изоляции невелико по сравнению с термическим сопротивлением ее слоя. Так, 100 %-ная ошибка при выборе коэффициента теплоотдачи поверхности приводит обычно к ошибке в определении теплопотерь 3-5 %.

Для предварительного определения коэффициента теплоотдачи поверхности изолированного теплопровода, Вт/(м²·К), когда температура поверхности неизвестна, может быть рекомендована формула:

 (10)

где ω - скорость движения воздуха, м/с.

Коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к внутренней поверхности трубопровода весьма высоки, что определяет столь малые значения термического сопротивления внутренней поверхности трубопровода, которыми при практических расчетах можно пренебречь.

Термическое сопротивление слоя

Выражение для термического сопротивления однородного цилиндрического слоя легко выводится из уравнения Фурье и имеет вид:

  (11)

где λ - теплопроводность слоя; d₁, d₂ - внутренний и наружный диаметры слоя.

Для теплового расчета существенное значение имеют только слои с большим термическим сопротивлением. Такими слоями являются тепловая изоляция, стенка канала, массив грунта и т.п. По этим соображениям при тепловом расчете изолированных теплопроводов обычно не учитывается термическое сопротивление металлической стенки рабочей трубы.