Расчет тепловой изоляции

Для расчета тепловой изоляции применяют обычные формулы теплопередачи. Расчет коэффициента теплоотдачи α₂ от изоляции в окружающую среду для аппаратуры, находящейся в помещении, при температуре поверхности изоляции t_{w, 2} до 150^оС можно производить по следующей приближенной формуле:

(2.37)

где t_{f, 2} – температура окружающего воздуха.

Для аппаратуры, расположенной на открытом воздухе, коэффициент теплоотдачи α₂ принимается в зависимости от скорости ветра (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Зависимость коэффициента теплоотдачи (ккал/м²·ч град) от скорости ветра

При отсутствии заданной скорости ветра принимается значение, соответствующее скорости 10 м/с.

Плоская стенка. Уравнение теплопередачи имеет следующий вид:

(2.38)

где q – удельный тепловой поток, Дж/м²; t_f,1 – температура рабочей среды в аппарате, ^оС; t_f,2 – температура окружающего воздуха, ^оС; α₁ – коэффициент теплоотдачи от рабочей среды к стенке аппарата, Вт/м²·К; δ_из - толщина изоляции, м; λ_из – теплопроводность изоляции, Вт/м·К.

Значение принимается в расчет только в том случае, когда рабочей средой является воздух или газ. λ_из берется при средней температуре изоляции. за температуру изоляции со стороны стенки аппарата принимается температура рабочей среды в аппарате.

При расчете толщины изоляции δ_из задают температуру поверхности изоляции t_w,2 и по формуле (2.37) определяют α_2. Затем определяют удельный тепловой поток q:

(2.39)

Подставляя найденное значение q в уравнение теплопередачи (2.38), определяют толщину изоляции. В случае больших значений α₁ для определения δ_из можно воспользоваться более простым уравнением:

(2.40)

из которого

Если при расчете изоляции определяющей является величина допустимых тепловых потерь аппарата, то температуру поверхности изоляции можно найти по формуле

(2.41)

Цилиндрическая стенка. Уравнение теплопередачи имеет следующий вид:

(2.42)

где q_l – тепловой поток на 1 м длины аппарата (трубопровода), Вт/м; d₁ и d₂ – диаметры неизолированного и изолированного трубопровода, м.

Значение принимается в расчет при небольших значениях α₁. Задают температуру поверхности изоляции и диаметр изолированного трубопровода и определяют d₂.

Когда можно пренебречь термическим сопротивлением теплоотдачи от рабочей среды к стенке, δ_из можно находить по более простому уравнению:

(2.43)

где t_w,1 – температура трубопровода без изоляции.

Порядок расчета следующий:

1) устанавливают допустимые тепловые потери q_l (или задаются ими);

2) задают температуру поверхности изоляции и по уравнению (2.42) находят d₂, а затем и δ_из;

3) проводят проверочный расчет и определяют значение температуры поверхности изоляции. Если последняя существенно отличается от предварительно принятого значения, то весь расчет повторяют снова до тех пор, пока расхождение температур не будет незначительным.

С целью упрощения расчетов δ_из можно пользоваться формулой [3, с. 51], позволяющей определить толщину изоляции с точностью до 3-5% при теплоотдаче в условиях свободной конвекции и температуре окружающей среды 20^оС:

(2.44)