Главная >> Применение >> Типовые примеры >>

Трубопровод ИЗОКорсис

расчет тепловой изоляции, расчет тепловых потерь трубопровода, расчет тепловых потерь

Пример предоставлен ООО "ЧТЗ".

Одним из важнейших аспектов в создании эффективного коммунального хозяйства является минимизация тепловых потерь при передаче тепла от поставщика к потребителям, предотвращение замерзания систем водопроводов. То есть, максимально эффективная изоляция труб. Современная теплоизоляция позволяет снизить тепловые потери в десять раз, а срок эксплуатации трубопроводов может составлять тридцать лет.
Трубы ИЗОКорсис предназначены для строительства систем безнапорной канализации и водоотведения, работающих в условиях низких температур окружающей среды (при надземной и/или неглубокой прокладке, а также строительстве в условиях вечной мерзлоты), когда существует опасность замерзания трубопроводов.

В моделируемой системе стоки холодной воды (+10 °С) занимают 2% от сечения трубы. Скорость стоков составляет 1 м/с. В результате передачи тепла в окружающую среду, стоки замерзают. Необходимо рассчитать время замерзания стоков и максимально допустимую длину трубы.

Тип задачи Плоско-параллельная мультифизичная задача стационарной теплопередачи и нестационарной теплопередачи.

Геометрия

1 – ППУ (пенополиуретан); 2 – Оболочка ПНД (полиэтилен низкого давления); 3 - Рабочая ПЭ (полиэтиленовая) труба; 4 - Стоки.

Дано
Начальная температура стоков T_стоков = 10 °С;
Скорость стоков v = 1 м/с;
Глубина промерзания грунта h = 2.5 м;
Температура наружного воздуха T_возд = -50 °С

Задание
Определить время замерзания стоков и максимально допустимую длину трубы.

Решение
Решение поставленной задачи производится в два этапа:

1. Холодные стоки попадают в замерзшую трубу - задача стационарной теплопередачи. В данной задаче определяется распределение температуры по пространству модели в первый момент времени;
2. Охлаждение стоков до 0 °С - задача нестационарной теплопередачи. Определяется время охлаждения воды до температуры 0 °С и величина теплового потока в начале процесса кристаллизации воды.

Результат
Время охлаждения воды от 10 °С до 0 °С составляет 7 секунд. Таким образом, уже через 7 секунд после попадания стоков в трубу, вода охлаждается до 0 °С и начинает замерзать, образуя наледь. Для заданной скорости течения 1 м/с предельная длина трубы составляет 7 метров. Если есть необходимость прокладки трубы более 7 метров, то для предотвращения замерзания стоков необходимо использовать системы подогрева.

Подобного рода задачи могут быть полезными для моделирования аварий в системе подогрева трубопровода, когда необходимо оценить максимально допустимое время обнаружения места отказа системы подогрева и устранения аварийной ситуации. Это время должно быть меньше времени полного замерзания - кристаллизации стоков в трубе.

Время кристаллизации воды можно определить из уравнения теплового баланса:

Ф_к · t_зам = Q_кр = λ_кр·ρ·V, где
   Ф_к - тепловой поток, отдаваемый водой, Вт (вычисляется в ELCUT);
   t_зам - время замерзания, секунд,
   λ_кр - удельная теплота кристаллизации воды, 334000 Дж/кг,
   ρ - плотность воды, 1000 кг/м³,
   V - объем воды, м³ (вычисляется в ELCUT).

Время полного замерзания (кристаллизации) воды: t_зам = 334000 * 1000 * 1.5332e-5 / 25.163 = 204 c.
Через это время размер наледи будет составлять 2% от полного сечения трубы. Предполагаемое время полного замерзания трубы составляет:
t_зам = t_зам / 0.02 = 10200 с (2 часа 50 минут).

Таким образом, ELCUT может служить в качестве эффективного средства по расчету важнейших эксплуатационных параметров трубопроводов, необходимых для оценки максимально допустимого времени устранения неисправностей в системах подогрева.

• Скачать файлы задачи