Mạng nhiệt - Chương 2 doc

- 7 - Chương 2 TÍNH NHIỆT CHO MẠNG NHIỆT 2.1. Mục đích và cơ sở tính nhiệt cho mạng nhiệt. 2.1.1. Mục đích tính nhiệt cho mạng nhiệt: 1) Xác định tổn thất nhiệt, tức lượng nhiệt truyền qua ống ra môi trường, qua từng ống và toàn mạng nhiệt. 2) Xác định phân bố nhiệt độ trên mặt cắt ngang ống, trong môi chất nhiệt và trong môi trường quanh ống. 3) Xác định luật thay đổi nhiệt độ môi ch ất dọc ống, tính nhiệt độ môi chất ra khỏi ống. 4) Xác định sự chuyển pha của môi chất dọc ống tức là tìm vị trí xảy ra sự ngưng tụ hay sôi hoá hơi, lượng môi chất đã chuyển pha. 5) Để chọn kết cấu cách nhiệt thích hợp. 2.1.2. Cơ sở để tính nhiệt cho mạng nhiệt Để tính nhiệt cho mạng nhiệt, người ta dựa vào phương trình truyền nhiệt, phươ ng trình cân bằng nhiệt, kết cấu đường ống cùng môi chất và môi trường. 2.1.2.1. Kết cấu đường ống, môi chất và môi trường. Mặt cắt ngang đường ống thường có kết cấu như hình 2.1: Bên trong là môi chất có thông số cho trước GC p t 1 , tiếp theo là ống dẫn có d 1 /d o , λ ô ,ngoài ống là lớp cách nhiệt có λ c , δ c , ngoài cùng là lớp bảo vệ có λ b , δ b , môi trường xung quanh có nhiệt độ t o. 2.1.2.2. Phương trình truyền nhiệt. * Để tính tổn thấtnhiệt trên một mét ống dùng công thức: q l = l o1 R tt − ; [W/m] với t 1 là nhiệt độ môi chất, [ o C]. t o là nhiệt độ môi trường, [ o C]. R l là tổng nhiệt trở truyền nhiệt qua một mét ống, [mK/W]. MC GCpt 1 R α1 CN ( dc/d 1 , λ c ) MT (t 0 ) Ố (d 1 /d 0 , λ ô) BV (db/dc, λ b) R 0 Rc Rb R α2 α 2 Hình 2.1: Mặt cắt ống dẫn - 8 - R l = Σ R li = R α1 + R o + R c + R b + R α2 hay: R l = ++ o 1 o1o d d ln 2ππ 1 απd 1 1 c c d d ln 2ππ 1 + c b b d d ln 2ππ 1 + 2b απd 1 . * Trong tổng trên, R c và R α2 luôn có trị số đáng kể không thể bỏ qua. Các nhiệt trở khác có thể bỏ qua khi đáp ứng điều kiện sau: 1) Khi môi chất là chất lỏng hay chất khí có vận tốc ω ≥ 5m/s, thì α 1 khá lớn cho phép coi R α1 = 0. 2) Khi ống bằng kim loại mỏng, với d 1 /d o ≤ 2 và λ ô ≥ 30W/mK, thì R c ≤ 2ln 30.2 1 π = 0,0037 mK/W, có thể coi R ô = 0. 3) Khi lớp bảo vệ bằng vật liệu mỏng, coi d b = d c và R b = 0. * Tính tổn thất nhiệt trên một ống dài l[m], có thể tính theo: Q = lq l ; [W], khi q l = const, ∀x ∈[0,l]. Q = ∫ l 0 l (x)dxq khi q l thay đổi trên trục x của ống, (do nhiệt độ môi chất thay đổi dọc ống). 2.1.2.3. Phương trình cân bằng nhiệt Phương trình cân bằng nhiệt cho môi chất chảy trong ống ổn định nhiệt là (Biến thiên Entanpy môi chất qua ống ) = (tổn thất nhiệt qua ống do truyền nhiệt). ∗ Phương trình cân bằng nhiệt và tích phân cho môi chất trong đoạn ống dx là: dI = δQ hay Gdi = q l dx (dạng tổng quát). Nếu môi chất không chuyển pha, bị làm nguội do toả nhiệt thì phương trình cân bằng nhiệt có dạng: -GC p dt = dx R tt l o − . ∗ Phương trình cân bằng nhiệt tích phân cho đoạn ống dài l(m) là: ∆I = Q hay G(i 1 -i 2 ) = dx R tt(x) l 0 l o ∫ − = l l q Nếu môi chất không đổi pha thì: GC p (t 1 -t 2 ) = ∫ l 0 l (x)dxq , [W]. Hình 2.2 t 0 R l Gi 1 Cpt 1 0 x x+dx i 2 x t 1 l - 9 - 2.2. Tính nhiệt đường ống đặt trong không khí ngoài trời. 2.2.1. Mô tả bài toán. Xét môi chất một pha nhiệt độ t 1 chảy qua ống chiều dài l có các thông số của ống: d 1 /d 0 , λ 0 , của lớp cách nhiệt d c , λ c , của lớp bảo vệ d b , λ b đặt trong không khí nhiệt độ t 0 . 2.2.2. Tính các hệ số toả nhiệt với môi chất và môi trường ∗ Trong trường hợp tổng quát, hệ số trao đổi nhiệt α 1 với môi chất là chất khí, và với môi trường là α 2 sẽ được tính theo phương pháp lặp. Các bước tính lặp gồm: 1) Chọn nhiệt độ mặt trong ống tw 1 . Tính α 1 theo công thức TN toả nhiệt cưỡng bức α 1 = 0 1 d λ Nu 1 (ReGrPr) 1 . Tính α 1ε = ε w δ 0 (T 1 4 - Tw 4 )/(T 1 -Tw) với ε w = độ đen ống. Tính 1 l q = (α 1 + α 1ε )(t 1 – tw 1 )πd 0 , [W/m]. 2) Tính nhiệt độ ngoài vỏ bảo vệ t b theo phương trình: q li = q λl = ∑ + − i 1i i bw1 d d ln 2ππ 1 tt tức t b = tw 1 = i 1i i bw1 d d ln 2ππ 1 tt + ∑ − Tính α 2 = 22 2 (GrPrRe)Nu db λ theo công thức TN toả nhiệt môi trường. Tính 2 l q = α 2 (t b – t 0 )πd b , [W/m]. 3) So sánh sai số ε q = ⎟1- 1 2 l l q q ⎟ với [ε] = 5% chọn trước, tức là xét: [] ⎩ ⎨ ⎧ →≤ →> =− 0 0 εε q Nếu môi chất là pha lỏng, có thể coi α 1 → ∞ hay t w1 = t 1 , và tính một lần t b , α 2 theo công thức ở bước 2 . Thay đổi t W1 và lặp lại (1 ÷ 3) lấ y α 1 , α 2 như t r ên t 0 q l t 1 0 1m α 2 db,λb l d 1 /d 0 ,λ 0 dc, λ c ω Hình 2.3 - 10 - ∗ Tính toán thực tế có thể dùng các công thức kinh nghiệm tính α 2 ra môi trường không khí theo: ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = − ω711,6 d tt 1,16 α 0,25 b 01 2 với t 1 , t 0 là nhiệt độ môi chất, môi trường[ 0 C] d b là đường kính ngoài lớp bảo vệ, [m] ω là tốc độ gió, [m/s] α là hệ số toả nhiệt, [W/m 2 K] 2.2.3. Tính các nhiệt trở: R α1 = 10 απd 1 , [mK/W] R ô = 0 1 0 d d ln 2ππ 1 , R c = 1 c c d d ln 2ππ 1 , [mK/W] R b = c b b d d ln 2ππ 1 , R α2 = 2b λπd 1 , R l = ΣR bi , [mK/W]. Trong thực hành,cho phép bỏ qua R α1 ,R ô , R b theo các điều kiện nói trên và tính α 2 theo công thức kinh nghiệm. 2.2.4. Tính tổn thất nhiệt: Tổn thất nhiệt trên 1m dài đường ống là: q l = l 0Mc R tt − , khi tính gần đúng, coi nhiệt độ trung bình của môi chất trong ống là t 1 ở đầu vào tức là q l = l R tt 01 − , [W/m]. - Tổn thất nhiệt trên ống dài l: Q = lq l = l l 01 R tt − , [W]. 2.2.5. Phân bố nhiệt độ trong vách ống: ∗ Nhiệt độ mặt ngoài lớp cách nhiệt t c , khi coi R b = R ô = R α1 = 0 xác định theo phương trình cân bằng nhiệt: q l = α2c α2 0 c 1 c α2 0c c c1 R 1 R 1 R t R t t R tt R tt + + =→ − = − . - 11 - ∗ Phân bố t trong các lớp vách có dạng đường cong lôgarit như hình 2.4. Ghi chú: Nếu ống chử nhật axb thì dùng đường kính tương đương d = b a 2ab u 4f + = và tính như ống tròn. 2.2.6. Ví dụ thực tế: Tính α 2 , R l , q l , Q, t c của ống có 50 60 d d 1 c = mm, d c = 160, λ c = 0,1 W/mK, l = 50m dẫn dầu nóng, t 1 = 120 0 C đặt trong không khí t 0 = 30 0 C, gió ω = 3 m/s. Các bước tính: 1) Hệ số toả nhiệt ra khí trời: α 2 = 11,6 +7 ω = 11,6 +7 3 = 23,72 W/m 0 K. 2) Tính tổng nhiệt trở, bỏ qua R α1 = R ô = R b = 0. R l = 2c1 c c απd 1 d d ln 2ππ 1 + R l = mK/W145,0 72,23.06,0.14,3 1 50 60 ln 1,0.14,3.2 1 =+ 3) Tính tổn thất nhiệt: q l = 175W/m 0,514 30120 R tt l 01 = − = − Q = lq l = 50.175 = 8750 W . 4) Tính t c = α2c α2 0 c 1 R 1 R 1 R t R t + + với R c = 514,0 72,23.06,0.14,3 1 50 60 ln 1,0.14,3.2 1 =+ mK/W R α2 = 224,0 50 60 ln 72,23.06,0.14,3 1 = mK/W t c = C 0 69 224,0 1 29,0 1 224,0 30 29,0 120 = + + Hình 2.4: Phân bố t(r) t c tc t 1 r t 0 t t c r 0 t 1 r t 0 0 Hình 2.5: Phân bố t(r) trong vách CN r c r 0 - 12 - Nhận xét: Nếu không bọc cách nhiệt thì hệ số R l = 0,224 mK/W, q l = 402W/m, Q 0 = 20089 W =230% Q. 2.3. Tính nhiệt ống ngầm trong đất: 2.3.1. Mô tả kết cấu: một ống chôn ngầm trong đất: gồm ống dẫn (d 1 /d 0 , λ ô ) bọc cách nhiệt (d c , λ c ) lớp bảo vệ (d b , λ b ) có khả năng chống thấm nước, chôn ngầm trong đất (λ đ , t 0 ) cách mặt đất h. Nhiệt độ vùng đất xung quanh ống được xác định theo quy ước: t 0 = ⎩ ⎨ ⎧ 2.3.2. Tính các nhiệt trở: ∗ Các nhiệt trở R α1 , R ô , R c , R b được tính như trên, R α1 , R ô , R b được phép bỏ qua theo các điều kiện nêu ở mục 1.2.2. ∗ Nhiệt trở đất được coi là nhiệt trở 1 m ống trụ bằng đất có λ đ và tỉ số các đường kính ngoài, trong là: b 2 b 2 t n d 2 d hh2 d d ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ++ = hay 1 d 2h d 2h d d 2 bbt n − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ += tức là: R đ = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 d 2h d 2h ln 2π 1 2 bbd λ , mK/W. (công thức Fochemer). Với: λ đ là biến số dẫn nhiệt của đất, phụ thuộc loại đất, nhiệt độ t, độ ẩm ϕ. Khi t ∈ (10 ÷40) 0 C và ϕ ∈ (50 ÷90)% thì có thể lấy λ đ ∈(1,2 ÷2,5) W/mK hay λ đ = 1,8 W/mK. ∗ Nếu coi R α1 = R ô = R b = 0 thì có: - Nhiệt độ mặt đất khi h 〈 2d b - Nhiệt độ đất tại độ h≥ 2d b lấy theo giá trị trung bình năm nhờ đo t ạ i th ự c đ ị a. MC, t 1 CN ( dc/d 1 , λ c ) Đ (λ d ,t 0 ) Ố (d 1 /d 0 , λ ô) BV (db/dc, λ b) R α1 R 0 Rc Rb R đ h 0 Hình 2.6: Ống ngầm trong đất 2 b 2 2 d h ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − h d b /2 t 1 λ đ h t 0 Hình 2.7 - 13 - R l = R c + R đ = 1 c c d d ln 2π 1 λ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 d 2h d 2h ln 2π 1 2 bbd λ . Tổn thất nhiệt q l = l R tt 01 − và Q = lq l . 2.3.3. Trường nhiệt độ trong lớp cách nhiệt và trong đất. ∗ Trường nhiệt độ trong lớp cách nhiệt tính theo phương trình cân bằng nhiệt: c c1 R tt − = d 0c R tt − → t c = dc d 0 c 1 R 1 R 1 R t R t + + ∗ Nếu chọn hệ toạ độ Oxy với ox vuông góc với trục ống, oy song song với g r qua trục ống thì nhiệt độ tại điểm M(x,y) được xác định theo công thức: t(x,y) = t 0 +(t 1 - t 0 ) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ++ −+ ++ 1 d 2h d 2h ln λ 1 d d ln λ 1 h)(yx h)(yx λ 1 2 ccd1 c c 22 22 d ∗ Nếu ống chử nhật axb thì tính tương tự ống tròn có: d = b a 2ab + , m. Hình 2.8 mô tả phân bố t trong lớp cách nhiệt và trong đất 2.3.4. Ví dụ về ống đơn ngầm trong đất. Bài toán: Tính R c , R đ , q l, Q, t c , t( x = 0,1; y = 0,2m) của đường ống dài l = 20m, 40 150 d d 1 c = mm, λ c = 0,05W/mK, dẫn nước nóng t 1 = 90 0 C, ngầm trong đất sâu h = 500mm, t 0 = 27 0 C, λ đ = 1,8 W/mK. Các bước tính R c = 1 c c d d ln 2ππ 1 = mK/W4,2 40 150 ln 05,0.14,3.2 1 = Hình 2.8: t(r) trong cách nhiệt, trong đất t 0 t c t 1 0 0 , 00 h y x x M(x,y) - 14 - R đ = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 d 2h d 2h ln 2π 1 2 bbd λ = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 15,0 5,0.2 15,0 5,0.2 ln 8,1.14,3.2 1 2 = 0,23 mK/W. q l = dc 01 RR tt + − = 23,02,4 2790 + − = 14,2 W/m. Q = l.q l = 20x14,2 = 285 W. t c = dc d 0 c 1 R 1 R 1 R t R t + + = 23,0 1 2,4 1 23,0 27 2,4 90 + + = 30,3 0 C. t(x,y) = t 0 +(t 1 - t 0 ) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ++ −+ ++ 1 d 2h d 2h ln λ 1 d d ln λ 1 h)(yx h)(yx λ 1 2 ccd1 c c 22 22 d = 27 +(90-27) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ++ −+ ++ 1 15,0 5,0.2 15,0 5,0.2 ln 8,1 1 40 150 ln 05,0 1 )5,02,0(1,0 )5,02,0(1,0 8,1 1 2 22 22 = 27 + 63 87,27 24,1 = 29,8 0 C. Phân bố t trong cách nhiệt và trong đất có dạng như hình 2.9 2.4. Tính nhiệt nhiều ống ngầm trong đất. 2.4.1. Mô tả hệ nhiều ống ngầm trong đất: Xét hệ gồm hai ống ngầm có (t 1 , R c1 , d 1 ) và (t 2 , R c2 , d 2 ) chôn trong đất cùng độ sâu h, cách nhau b đủ gần để có thể trao đổi nhiệt với nhau với nhiệt độ môi chất t 1 > t 2 . Cho biết λ đ nhiệt độ đất tại độ sâu h ngoài hai ống là t 0 . 90 r 0,2 0,1 M 0 0 h Hình 2.9: Phân bố t(M) 30,3 29,8 27 d 1 Rc 1 t 1 x b y x 0 0 , 00 h Rc 2 Rđ b Rc 1 t 1 t 0 t 2 d 2 Rc 2 t 2 Hình 2.10: Hệ hai ống ngầm t 0 - 15 - 2.4.2. Tính tổn thất nhiệt. Nếu gọi : R 1 = R c1 + R đ1 = 1 c1 c1 d d ln 2π 1 λ + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 d 2h d 2h ln 2π 1 2 c1c1d λ , mK/W R 2 = R c2 + R đ2 = 2 c2 2 d d ln 2π 1 λ + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 d 2h d 2h ln 2π 1 2 c2c2d λ , mK/W 2 d 0 b 2h 1ln 2π 1 R ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ += λ , mK/W 2 021 102201 l RRR )Rt(t)Rt(t q 1 + − − − = = - 2 l q (với t 1 > t 2 ) , W/m. 2.4.3. Trường nhiệt độ trong đất. Chọn hệ toạ độ xoy với y r ⁄⁄ g r qua trục ống nóng t 1 , x r ≡ mặt đất và x r ⊥ trục ống, như hình 16. ∗ Trường nhiệt độ tại ∀M nằm vùng ngoài 2 ống, có x < 0 hoặc x > b, giống như ở quanh ống đơn tiếp xúc vùng này, với công thức tính t(x,y) như trên. ∗ Trong vùng đất giữa 2 ống với 0< x < b tại điểm M(x,y) có nhiệt độ bằng: t(x,y) = t 0 + () () ()() () () ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −+− ++− + −+ ++ 2 2 22 2 2 2 2 d l hybx hybx ln hyx hyx ln 2ππ q 1 . 2.4.4. Ví dụ hệ 2 ống ngầm: Có t 1 = 150 0 C, t 2 = 30 0 C, l = 100m, t 0 (h) = 27 0 C, h = 1m, λ c1 = λ c2 = 0,02W/mK, 50 150 d d 1 c1 = , 30 100 d d 2 c2 = , b = 300mm, λ đ = 1,8W/mK. Tính 1 l q , Q 1 , t(x = 0,15m; y = 0,8m). hình 17 R 1 = 1 c1 c1 d d ln 2π 1 λ + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 d 2h d 2h ln 2π 1 2 c1c1d λ dc 1 t 1 x b y x 0 M h Rđ b t 1 t 0 t 2 dc 2 t 2 Hình 2.11: Hệ hai ống ngầm t 0 - 16 - = 50 150 ln 02,0.14,3.2 1 + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 3,0 1.2 15,0 1.2 ln 8,1.14,3.2 1 2 = 9 mK/W. R 2 = 2 c2 c2 d d ln 2π 1 λ + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 d 2h d 2h ln 2π 1 2 c2c2d λ = 30 100 ln 02,0.14,3.2 1 d + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 1,0 1.2 1,0 1.2 ln 8,1.14,3.2 1 2 = 9,91 mK/W. R 0 = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + 2 d b 2h 1ln 2π 1 λ = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + 2 3,0 1.2 1ln 8,1.14,3.2 1 = 0,17 mK/W. q l1 = 2 021 102201 RRR )Rt(t)Rt(t + − − − = 2 17,091,9.9 9).2730(91,9).27150( + − − − = 13,4 W/m. Q 1 = l.q l = 100.13,4 = 1337 W. t(x,y) = t 0 + () () ()() () () ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −+− ++− + −+ ++ 2 2 22 2 2 2 2 d l1 hybx hybx ln hyx hyx ln 2ππ q = 27 + () () ()() () () ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −+− ++− + −+ ++ 2 2 22 2 2 2 2 18,03,015,0 18,03,015,0 ln 18,015,0 18,015,0 ln 8,1.14,3.2 4,13 = 36,4 0 C. Phân bố t có dạng như hình 2.12 2.5. Tính nhiệt cho ống đơn trong kênh ngầm: 2.5.1. Mô tả ống đơn trong kênh ngầm: Ống đơn có ( 0 1 d d ,λ ô ) bọc cách nhiệt ( 1 c d d ,λ c ) vỏ bảo vệ (d b , λ b ) đặt tại độ sâu h dưới mặt đất trong kênh ngầm có kích thước Bx Hxδ có λ K trong đất có λ đ , t 0 . Môi chất trong ống nhiệt độ t 1 . Hình 2.12: Phân bố t trong hệ ống ngầm t 1 t 2 t 0 x b 0 [...]... + 0, 129 4) Tính qli, Q: q l1 = t1 − t k 25 0 − 42, 7 = = 29 ,2 W/m R c1 + R α 11 7 + 0,0 92 q l2 = t2 − tk 180 − 42, 7 = = 19,1 W/m R c2 + R α 22 7 + 0,183 ql = ∑qli = 29 ,2+ 19,1 = 48,3 W/m Q = lql = 100.48,3 = 4830 W 5) Tính tci, tw1, tw2 : tc1 = t1 – (t1 – tk) R c1 7 = 25 0 – (25 0 – 42, 7) = 45,40C 7 + 0,0 92 R c1 + R 21 tc2 = t2 – (t2 – tk) R c2 = R c2 + R 22 = 180 – (180 – 42, 7) t, 0C 25 0 t1 7 = 46 ,20 C... t2 = 1800C, vật liệu cách nhiệt có λ1 = 2 = - 21 - 0, 025 W/mK, trong kênh có BxHxδ = 600x400x200, sâu h = 1000mm, λk = 1,3W/mK, đất có λđ = 1,8 W/mK, t0 = 300C, kênh dài l = 100m Các bước tính hệ 2 ống trong kênh: 1) Tính nhiệt trở Rci, Rα2i : Rc1 = d 1 300 1 = 7 mK/W ln ln c1 = 2 λ1 d 1 2. 3,14.0, 025 100 Rc2 = d 1 150 1 = 7 mK/W ln ln c2 = 2 λ 2 d 2 2.3,14.0, 025 50 Lấy 2 = α3 = 11,6 W/m2K thì: R 21 ... 2 ⎡ ⎤ ⎡ 2. 1 ⎤ 1 1 ⎛ 2. 1 ⎞ ⎢ 2h + ⎛ 2h ⎞ − 1⎥ = ⎜ ⎟ + ⎜ Rđ = ln ⎢ ln ⎟ − 1⎥ = 0, 129 mK/ W ⎜d ⎟ ⎥ 2. 3,14.1,8 ⎢ 0,89 2 λd ⎢ d 4 ⎥ ⎝ 0,89 ⎠ ⎝ 4⎠ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ 3) Tính tK của không khí trong kênh: t0 t0 t1 + + R + R 21 R c2 + R 22 R α3 + R K + R d tk = c1 1 1 1 + + R c1 + R 21 R c2 + R 22 R eαα + R K + R d - 22 25 0 180 30 + + 7 + 0,0 92 7 + 0,183 0,057 + 0,076 + 0, 129 = = 42, 70C 1 1 1 + + 7 + 0,0 92 7 + 0,183... 60 25 0, H = 300, δ = 150, λk = 1,3W/mK, ở độ sâu h = 500, đất có λđ = 1,8W/mK, t0 = 27 0C, môi chất là dầu có t1 = 1500C Các bước tính: 1) Tính Rli: d 1 160 1 ln =7,81 mK/ W ln c = 2. 3,14.0, 02 60 2 λc d Rc = R 2 = 2) Tính d3 = 1 1 = = 0,17 mK/W πd c α 2 3,14.0,16.11,6 2BH 2. 0 ,25 .0,3 = 0 ,27 3 m = B + H 0 ,25 + 0,3 - 19 - d4 = 3) Tính Rα3 = 2( B + 2 )(H + 2 ) 2( 0 ,25 + 2. 0,15)(0,3 + 2. 0,15) = = 0,574m 0 ,25 ... πd 3 α 3 ⎪d = df 4 = 2( B + 2 )(H + 2 ) ⎪ ⎪ 4 µ4 B + H + 4δ d4 ⎪ 1 ⎩ Rk = ln ⎪ 2 λ K d 3 ⎪ ⎭ R 2 = 1 πd c α 2 2 ⎡ ⎤ 1 ⎢ 2h + ⎛ 2h ⎞ − 1⎥ ⎜ ⎟ Rđ = ln ⎜d ⎟ ⎥ 2 λd ⎢ d 4 ⎝ 4⎠ ⎣ ⎦ ⎤ ⎡ h(B + H + 4δ ) 1 h 2 (B + H + 4δ ) 2 = ln ⎢ + − 1⎥ , mK/W 2 λd ⎢ (B + 2 )(H + 2 ) (B + 2 ) 2 (H + 2 ) 2 ⎥ ⎦ ⎣ Rl = ∑Rli = (Rα1)+(R0) + (Rc) + (Rb) + Rα3 + Rα4 +Rk + Rđ 2 ⎡ ⎤ dc d4 1 1 1 1 1 ⎢ 2h + ⎛ 2h ⎞ − 1⎥ ⎜ ⎟ ln +... R 22 = 1 πd c1α 2 1 πd c2 α 2 = 1 = 0,0 92 mK/W 3,14.0,3.11,6 = 1 = 0,183 mK/W 3,14.0,15.11,6 2) Tính d3, d4 và Rα3, RK, Rd: d3 = 4f 3 2BH 2. 0,6.0,4 = = = 0,48m , µ3 B + H 0,6 + 0,4 d4 = 4f 4 2( B + 2 δ)( + 2 δ 2( 0,6 + 2. 0 ,2) (0,4 + 2. 0 ,2) = = = 0,89 m µ4 B + H + 4δ 0,6 + 0,4 + 4.0 ,2 Rα3 = RK = 1 1 = = 0,057 mK/W πd 3 α 3 3,14.0,48.11,6 d 1 0,89 1 = 0,076 mK/ W ln ln 4 = 2 λ k d 3 2. 3,14.1,3 0,48 2 2... ⎥ 2 λc d 1 πd c α 2 πd 3 α 2 2πλ K d 3 2 λc ⎢ d 4 ⎝ 4⎠ ⎣ ⎦ - 18 - 2. 5.3 Tính nhiệt độ tK của không khí trong kênh: Theo phương trình cân bằng nhiệt: qmc → không khí = qkk → đất Phần này bị mất chử do photo (trang 22 ) Nếu cần tính 2 chính xác, dùng chương trình lặp sau: 1) Tính Rc, RK, Rđ như trên 2) Chọn trước 2 = 11,6W/m2K, tính R 2 = 1 1 , Rα3 = πd c α 2 πd 3 α 2 3) Tính tK = f(t1, t0, Rc , R 2. .. ) = =30 + 48,3( 0,076 + 0, 129 ) = 39,9 0C tw2 = t0 + qlRđ = 30 0 = 30 + 48,3.0, 129 = 36 ,2 C 46 45 43 40 36 t2 tc2 tc1 tK tw1 tW2 t0 x1 0 Phân bố t(x) trong mặt cắt kênh có x2 x Hình 2. 16: Phân bố t trong ví dụ 2. 6.4 dạng như hình 2. 16 2. 7 Tính tổn thất nhiệt toàn mạng nhiệt: 2. 7.1 Tổn thất nhiệt trên một nhánh: Tổn thất nhiệt trên một nhánh ống i cùng đường kính di là: hình 2. 17 Qi = Qôi + Qci = liqli... Qc = Q0 10 2. 7.4 Ví dụ tính tổn thất nhiệt của một nhánh trên mạng có: d c 20 0 = , Wc = 0,1W/mK, l = 120 m, môichất có t1 = 120 0C, đặt trong không d 100 khí có t0 =27 0C, gió ω = 3m/s, với 1 van, 2 gối đỡ, 3 bích không bảo ôn Hình 2. 18 d 1 1 Nhiệt trở Rl = = ln c + 2 λc d πd c (11,6 + 7 ω Hình 2. 18 - 24 - 1,17 mK/W Hệ số tổn thất nhiệt cục bộ β = ql = t1 − t Rl = 1 1 ∑ n i l ci = 120 (18 + 2. 7 + 3,5)... = 0,1 mK/W = πd 3 α 2 3,14.0 ,27 3.11,6 Rk = d 0,574 1 1 = 0,09 mK/ W ln ln 4 = 2 λ k d 3 2. 3,14.1,3 0 ,27 3 Rđ = 2 2 ⎡ ⎤ ⎡ 2. 0,5 ⎤ ⎛ 2h ⎞ 1 1 2h ⎛ 2. 0,5 ⎞ ln ⎢ + ⎜ ln ⎢ + ⎜ ⎟ − 1⎥ = ⎟ − 1⎥ ⎜d ⎟ ⎥ 2. 3,14.1,8 ⎢ 0,574 2 λd ⎢ d 4 ⎥ ⎝ 0,574 ⎠ ⎝ 4⎠ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ = 0,1 mK/ W t0 t1 150 27 + + R c + R 2 R α3 + R k + R d 7,81 + 0,17 0,1 + 0,09 + 0,1 = = 31,3 0C 4) T ính tk = 1 1 1 1 + + R c + R 2 R α3 + R k + R d 7,81 . () () ()() () () ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −+− ++− + −+ ++ 2 2 22 2 2 2 2 d l1 hybx hybx ln hyx hyx ln 2 π q = 27 + () () ()() () () ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −+− ++− + −+ ++ 2 2 22 2 2 2 2 18,03,015,0 18,03,015,0 ln 18,015,0 18,015,0 ln 8,1.14,3 .2 4,13 =. 2 c2 2 d d ln 2 1 λ + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 d 2h d 2h ln 2 1 2 c2c2d λ , mK/W 2 d 0 b 2h 1ln 2 1 R ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ += λ , mK/W 2 021 1 022 01 l RRR )Rt(t)Rt(t q 1 + − − − = = - 2 l q. t 2 dc 2 t 2 Hình 2. 11: Hệ hai ống ngầm t 0 - 16 - = 50 150 ln 02, 0.14,3 .2 1 + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + 1 3,0 1 .2 15,0 1 .2 ln 8,1.14,3 .2 1 2 = 9 mK/W. R 2 = 2 c2 c2 d d ln 2 1 λ +