Термическое сопротивление поверхности

Термическое сопротивление цилиндрической поверхности определяется в соответствии с соотношением

R =1/ π ∗ d ∗ α,(3.3)

где π*d - площадь поверхности 1 м длины теплопровода, м2; α - коэффициент теплоотдачи от поверхности, Вт/(м2*К).

Для определения термического сопротивления внутренней поверхности трубы теплопровода необходимо знать две величины: внутренний диаметр теплопровода - d_в и коэффициент теплоотдачи конвекцией от теплоносителя к поверхности трубы. Коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности трубы может быть подсчитан по выражению:

(3.4)

где λ – теплопроводность теплоносителя, Вт/(м•К); Re и Pr – критерии Рейнольдса и Прандтля.

При обычных режимах турбулентного течения горячей воды по трубам λ_k, вычисляемая по (3.4), настолько велика, что значение R в=1/ π ∗ d в∗ αk можно не учитывать в дальнейших расчетах по причине его малости. По этой причине во всех последующих расчетах полагают, что температура внутренней поверхности трубы совпадает с температурой теплоносителя.

На границе сопряжения поверхности теплопровода с газообразной окружающей средой необходимо знать диаметр расположения этой поверхности сопряжения относительно центра трубы и коэффициент теплоотдачи от поверхности к газообразной среде. В этом случае коэффициент теплоотдачи от поверхности к окружающей газообразной среде (воздуху) представляет собой сумму двух слагаемых: коэффициента теплоотдачи излучением -α_л и коэффициента теплоотдачи конвекцией α_к, т.е.

α = α л+ α к, (3.5)

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

, (3.6)

где C - коэффициент излучения; t - температура излучающей поверхности, ⁰С.

Коэффициент излучения абсолютно черного тела, т.е. поверхности, которая поглощает все падающие на нее лучи и ничего не отражает, C = 5,67 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/(м²•К), можно определить по формуле Нуссельта

, (3.7)

где d - наружный диаметр изолированного теплопровода, м; t,t₀ - температуры поверхности и окружающей среды, ⁰С.

При вынужденной конвекции воздуха или ветра коэффициент теплоотдачи α к=4.65∗ w 0.7/ d 0.3, (3.8) где w - скорость движения воздуха, м/с.

Формула (3.8) действительна при w > 1 м/с и d > 0,3 м.

Для вычисления коэффициентов теплоотдачи по формулам (3.6) и (3.7) 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 трубопроводов проверочный расчет можно не проводить, так как термическое сопротивление поверхности изоляции невелико по сравнению с термическим сопротивлением 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 α =11.6+7 w −−√, (3.9) где w - скорость движения воздуха, м/с.

Значения коэффициента теплоотдачи на поверхности изоляции приведены в таблице 6.1.

Таблица 3.1. Значения коэффициента теплоотдачи от изолированного теплопровода, Вт/(м² ×⁰С), [1]

Изолированный объект	В закрытом помещении	На открытом воздухе при скорости ветра^3, м/с
	Покрытия с малым коэффициентом излучения^1	Покрытия с высоким коэффициентом излучения^2
Горизонтальные трубопроводы
Вертикальные трубопроводы, оборудование, плоская стенка
# К ним относятся кожухи из оцинкованной стали, листов алюминиевых сплавов и алюминия с оксидной пленкой 1. К ним относятся штукатурки, асбоцементные покрытия, стеклопластики, различные окраски (кроме краски с алюминиевой пудрой) 2. При отсутствии сведений о скорости ветра принимают значения, соответствующие скорости ветра 10 м/с