Как известно, стальные трубы обладают высокой теплоотдачей, в некоторых случаях это дает положительный результат, но достаточно часто является и причиной возникновения многих трудностей. Поэтому, монтируя различные системы, приходится сталкиваться с необходимостью выполнить расчет теплоотдачи трубы.
В каких случаях необходим расчет?
Если быть точным, то расчет теплоотдачи выполняется только для одной цели, он позволяет определить, какое количество тепла выделяется с поверхности трубы.
Но необходимы такие данные в двух противоположных случаях:
- Расчет эффективности отопления. В данном случае определяется необходимый диаметр элементов отопительной системы для получения требуемой температуры в помещении.
- Расчет теплопотерь выполняется для выбора наиболее эффективных материалов для утепления коммуникаций.
Расчет теплоотдачи стальных труб в обоих случаях выполняется по одной методике.
Методика расчета
Формула определения теплоотдачи достаточно проста, но стоит учитывать то, что она дает 
приблизительные результаты. Существует множество нюансов, оказывающих свое влияние. Поэтому, если вам необходимы точные данные, какая теплоотдачаименно при ваших условиях, лучше обратиться к специалисту.
- Q=K x F x ∆t,
- где: Q – теплоотдача, Ккал/ч
- K – коэффициент теплопроводности стальной трубы, Ккал/(кв м х ч х 0С)
- F – площадь нагреваемой поверхности труб, кв м
- ∆t – тепловой напор, 0С
- Коэффициент теплопроводности зависит не только от материала, из которого изготовлены трубы.
- Большую роль играют и следующие данные:
- Диаметр
- Количество ниток (линий) обогревательного устройства
- Тепловой напор изделия
- Он, в свою очередь, определяется по целому ряду сложных формул, поэтому проще пользоваться специальными таблицами, в которых имеются средние данные.
- Так для стальных труб он может варьироваться от 8 до 12,5.
- Площадь поверхности определяется по простейшим формулам из школьного курса геометрии, так для трубы круглого сечения она равняется площади цилиндра:
- F = П х d x l,
- где: П = 3,14
- d – диаметр трубы
- l – длина трубы
- Тепловой напор определяется по следующей формуле:
- ∆t= 0,5 х (tп + tо) – tв,
- где: tп – температура теплоносителя на входе, градусов
- tо – температура теплоносителя на выходе, градусов
- tв – температура в помещении, градусов
- Если вас интересует теоретическая теплоотдача стальной трубы, то согласно СНиП применяются следующие значения теплового напора:
- tп = 80 градусов
- tо = 70 градусов
- tв = 20 градусов
Следовательно, тепловой напор ∆t = 55 градусов.
Если вы будете выполнять расчет для трубы, которая имеет теплоизоляцию, то полученный результат необходимо будет умножить коэффициент полезного действия утеплителя.
Пример расчета
В качестве примера рассчитаем, сколько тепла отдает стальная труба с такими параметрами – диаметр 25 мм, длина 1 метр. Расчет делаем теоретический, следовательно, тепловой напор 55 градусов, труба не утеплена.
Определяем площадь поверхности:
F = 3,14 х 0,025 х 1 = 0,0785 кв м
Из таблицы выбираем значение коэффициента теплопроводности. Для регистра в одну нитку, с диаметром меньшим 40 мм, при тепловом напоре 55 градусов, имеем К = 11,5.
Q = 11,5 х 0,0785 х 55 = 49,65 Ккал/ч
Как видите, в теории все достаточно просто, но практика значительно отличается от теории. Поэтому самостоятельно выполнять подобные расчеты можно только в самых простых случаях.
Как увеличить теплоотдачу?
Благодаря имеющемуся соотношению объема трубы к площади ее поверхности, достаточно часто возникает необходимость увеличить ее способность отдавать тепло. Это требуется для наиболее эффективного отопления помещений.
О том, как увеличить теплоотдачу трубы, известно уже давно, на практике применяли и применяют следующие способы.
Пример эффективного увеличения теплоотдачи – конвектор, применявшийся в системах отопления 
еще в советские времена. Он представлял собой согнутую трубу (U-образная форма) с наваренными перпендикулярно ей пластинами. Данный метод называется оребрение, он применяется и в современных отопительных устройствах.
Неплохой результат дает и окраска излучающих тепло поверхностей матовой черной краской. Конечно это не слишком хороший вариант с точки зрения дизайнера, но он существенно повышает инфракрасное излучение прибора.
Обеспечить более высокую теплоотдачу системы отопления можно было путем увеличения площади поверхности нагревательных элементов.
Раньше это достигалось несколькими способами:
- Увеличение длины труб. Простой пример – обычный полотенцесушитель, коэффициент теплоотдачи трубы, конечно, не меняется, более эффективный обогрев получали именно за счет увеличения длины.
- Еще один способ повышения эффективности отопления — применение регистров. Они представляют собой несколько параллельных линий труб, отдача тепла и в этом случае достигалась за счет увеличения рабочей площади устройства. Конечно, сравнивать теплоотдачу регистра и современных отопительных приборов нельзя, но в недавнем прошлом подобная конструкция во многих случаях становилась единственно возможной.
Появление новых материалов дало возможность использовать другие способы повышения эффективности отопления. Самый популярный — теплый водяной пол, правда, в последнее время стальные трубы в этой сфере не применяются, появились более современные материалы, но принцип тот же.
Существенное увеличение длины греющих элементов позволяет получить эффективное отопление.
Сейчас для монтажа систем водяного теплого пола, в основном, применяют металлопластик и другие виды полимерных труб.
При использовании металлопластиковых труб не стоит забывать о том, что не следует замуровывать в стяжку фитинги, особенно компрессионные. Лучше всего, если вся линия будет проложена целой трубой.
В связи с тем, что теплоотдача трубы стальной все-таки ограничена, все чаще стали применяться другие материалы, например алюминий. Радиаторы из него обладают высоким коэффициентом теплоотдачи.
Утепление труб
Если в отапливаемых помещениях все делается для того, чтобы взять от трубы как можно больше тепла, то в магистральных линиях существует совершенно противоположная потребность — снизить теплоотдачу по максимуму.
Для этого применяется утепление труб.
Рынок материалов для этих целей достаточно обширен, поэтому проблем с выбором утеплителя не возникает никаких. Кроме наиболее дешевых стекловолоконных утеплителей, применяют базальтовую вату, пенополиуретан, пенополистирол.
Наиболее эффективно теплоотдача труб стальных может быть снижена в заводских условиях. Выпуск труб со слоем утеплителя и полиэтилена постоянно увеличивается, на сегодняшний день монтаж магистралей отопления из таких материалов является одним из лучших способов снижения теплопотерь.
Как видите, знание фактической теплоотдачи необходимо для решения многих технических проблем, связанных с сооружением систем горячего водоснабжения и отопления. Поэтому при проектировке данных систем обязательно выполняйте подобные расчеты, а еще лучше доверьте это специалисту.
Расчет коэффициентов теплоотдачи
Skip to content
Проектирование и разработка конструкторской документации. Механическое промышленное оборудование, системы, металлоконструкции.
Комплексные расчеты на прочность. Гидро- и газодинамика. Тепловые расчеты.
Интенсивность теплоотдачи зависит от динамического вида течения, определяющего структуру пограничного слоя у поверхности теплообмена, который в свою очередь зависит от скорости потока. Увеличение скорости потока ведет к уменьшению пограничного слоя, повышает турбулентность и приводит к увеличению интенсивности теплоотдачи.
Теплоотдача так же зависит от характеристик теплоносителя. Высокая теплопроводность уменьшает термическое сопротивление пограничного слоя и увеличивает теплоотдачу.
Снижение вязкости жидкости уменьшает пограничный слой, что так же благоприятно влияет на теплообмен между поверхностью и потоком теплоносителя.
Уменьшение пограничного слоя происходит так же в случае повышения кинематической вязкости или увеличения плотности рабочей среды, что так же повышает теплоотдачу.
Так же интенсивность теплоотдачи зависит от теплоемкости жидкости. При повышении теплоемкости повышается и теплоотдача, поскольку жидкость с большей теплоемкостью способна переносить большее количество теплоты.
Дополнительными факторами, влияющими на теплоотдачу, являются форма поверхности теплоотдачи, химические реакции и фазовые переходы в теплоносителе.
Онлайн расчеты, выполняемые в данном разделе, включают в себя определение коэффициентов теплоотдачи для наиболее распространенных случаев: плоской поверхности, внутренней и наружной стенки трубы, а так же расчет коэффициента теплоотдачи наружной поверхности группы параллельных труб. Для расчета необходимо задать определяющие размеры поверхностей, их температуру, температуру теплоносителя, скорость потока а так же такие характеристики рабочей среды как динамическая вязкость, плотность, коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость.
Расчет коэффициента теплоотдачи плоской стенки
- Вычислить коэффициент теплоотдачи плоской поверхности можно с помощью уравнения подобия:
- Nul = 0,66×Rel0,5×Pr0,33 ; при ламинарном пограничном слое
- Nul = 0,037×Rel0,8×Pr0,43 ; при турбулентном пограничном слое
- Rel – число Рейнольдса, Pr – число Прандтля.
Исходные данные:
- L – размер поверхности в направлении потока, миллиметрах;
- w – скорость потока, метрах в секунду;
- μ – динамическая вязкость теплоносителя, в паскаль×секунда;
- ρ – плотность теплоносителя, в килограммах / метр3;
- λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, в ваттах / метр×°C×сек;
- Cp – удельная теплоемкость теплоносителя, в джоулях / килограмм×°C.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ ПЛОСКОЙ СТЕНКИ
- Размер поверхности L, мм
- Скорость потока, w, м/c
- Динамическая вязкость, μ, Па*с
- Плотность теплоносителя, ρ, кг/м3
- Теплопроводность, λ, Вт/(м*0C×сек)
- Удельная теплоемкость, Сp, Дж/(кг*0C)
Коэффициент теплоотдачи α, Вт/м2*0С
Число Рейнольдса:
Re = ρ×w×L / μ;
Число Пекле:
Pe = Сp×ρ×w×L / λ;
Число Прандтля:
Pr = Pe / Re;
Число Нуссельта:
Nu = 0,66×Re0,5×Pr0,33 – при ламинарном течении; Nu = 0,037×Re0,8×Pr0,43 – при турбулентном течении;
Коэффициент теплоотдачи:
α = Nu×λ / L.
- Теплоотдача внутренней стенки трубы определяется уравнением:
- Nuf = 0,15×Ref0,33×Pr0,43 – при ламинарном режиме течения
- Nuf = 0,021×Ref0,8×Pr0,43 – при турбулентном режиме
- Ref – число Рейнольдса, Pr – число Прандтля.
Исходные данные:
- D – внутренний диаметр трубы, миллиметрах;
- w – скорость потока, метрах в секунду;
- μ – динамическая вязкость теплоносителя, в паскаль×секунда;
- ρ – плотность теплоносителя, в килограммах / метр3;
- λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, в ваттах / метр×°C×сек;
- Cp – удельная теплоемкость теплоносителя, в джоулях / килограмм×°C.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ ВНУТРЕННЕЙ СТЕНКИ ТРУБЫ
- Диаметр трубы, D, мм
- Скорость потока, w, м/c
- Динамическая вязкость, μ, Па*с
- Плотность теплоносителя, ρ, кг/м3
- Теплопроводность, λ, Вт/(м*0C×сек)
- Удельная теплоемкость, Сp, Дж/(кг*0C)
Коэффициент теплоотдачи α, Вт/м2*0С
Число Рейнольдса:
Re = ρ×w×D / μ;
Число Пекле:
Pe = Сp×ρ×w×D / λ;
Число Прандтля:
Pr = Pe / Re;
Число Нуссельта:
Nu = 0,15×Re0,33×Pr0,43 – при ламинарном пограничном режиме течения; Nu = 0,021×Re0,8×Pr0,43 – при турбулентном режиме;
Коэффициент теплоотдачи:
α = Nu×λ / D.
- Число Нуссельта при расчете теплоотдачи наружной стенки трубы:
- Nuf = 0,5×Ref0,5×Pr0,38 – при ламинарном режиме течения
- Nuf = 0,25×Ref0,6×Pr0,43 – при турбулентном режиме
- Ref – число Рейнольдса, Pr – число Прандтля.
Исходные данные:
- D – наружный диаметр трубы, миллиметрах;
- w – скорость потока, метрах в секунду;
- μ – динамическая вязкость теплоносителя, в паскаль×секунда;
- ψ – угол между трубой и направлением потока теплоносителя, метрах градусах;
- ρ – плотность теплоносителя, в килограммах / метр3;
- λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, в ваттах / метр×°C×сек;
- Cp – удельная теплоемкость теплоносителя, в джоулях / килограмм×°C.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ НАРУЖНОЙ СТЕНКИ ТРУБЫ
- Диаметр трубы, D, мм
- Скорость потока, w, м/c
- Угол атаки, ψ, 0
- Динамическая вязкость, μ, Па*с
- Плотность теплоносителя, ρ, кг/м3
- Теплопроводность, λ, Вт/(м*0C×сек)
- Удельная теплоемкость, Сp, Дж/(кг*0C)
Коэффициент теплоотдачи α, Вт/м2*0С
Число Рейнольдса:
Re = ρ×w×D / μ;
Число Пекле:
Pe = Сp×ρ×w×D / λ;
Число Прандтля:
Pr = Pe / Re;
Число Нуссельта:
Nu = 0,5×Re0,5×Pr0,38×εψ – при ламинарном режиме течения; Nu = 0,25×Re0,6×Pr0,43×εψ – при турбулентном режиме; εψ – коэффициент, учитывающий угол между трубой и направлением потока теплоносителя;
Коэффициент теплоотдачи:
α = Nu×λ / D.
При организации теплообмена между теплоносителем и группой труб, расположенных в несколько рядов, процесс теплоотдачи несколько усложняется. В этом случае теплоотдача зависит от взаимного расположения труб и ряда, в котором находится конкретная труба. При этом, в расчет числа Нуссельта вводятся поправочные коэффициенты, учитывающие расположение труб в группе:
- εs = (S2 / d)-0,15 – при коридорном расположении труб
- εs = (S1 / S2)0,167 – при шахматном расположении труб
- Поскольку первый ряд труб находится в невозмущенном потоке жидкости, теплоотдача труб первого ряда меньше чем последующих. В связи с этим, для учета неравномерности теплоотдачи вводятся коэффициенты для первого, второго и последующих рядов труб:
- ε1 = 0,6 – для первого ряда ε2 = 0,9 – для второго ряда при коридорном расположении ε2 = 0,7 – для второго ряда при шахматном расположении εi = 1 – для третьего и последующих рядов труб
- Константы подобия при расчете числа Нуссельта так же зависят от взаимного расположения труб в турбулентном потоке:
- Nuf = 0,56×Ref0,5×Pr0,36 – прирасположении труб в ламинарном потоке
- Nuf = 0,26×Ref0,65×Pr0,33 – при коридорном расположении труб в турбулентном потоке
- Nuf = 0,41×Ref0,6×Pr0,33 – шахматном расположении труб в турбулентном потоке
Исходные данные:
- D – наружный диаметр труб, миллиметрах;
- S1 – поперечный шаг труб, миллиметрах;
- S2 – продольный шаг труб, миллиметрах;
- z – количество рядов труб;
- μ – динамическая вязкость теплоносителя, в паскаль×секунда;
- w – скорость потока, метрах в секунду;
- ψ – угол между трубой и направлением потока теплоносителя, метрах градусах;
- ρ – плотность теплоносителя, в килограммах / метр3;
- λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя, в ваттах / метр×°C×сек;
- Cp – удельная теплоемкость теплоносителя, в джоулях / килограмм×°C.
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ ГРУППЫ ТРУБ
- Диаметр труб, D, мм
- Поперечный шаг труб, S1, мм
- Продольный шаг труб, S2, мм
- Количество рядов труб, z
- Угол атаки, ψ, 0
- Скорость потока, w, м/c
- Динамическая вязкость, μ, Па*с
- Плотность теплоносителя, ρ, кг/м3
- Теплопроводность, λ, Вт/(м*0C×сек)
- Удельная теплоемкость, Сp, Дж/(кг*0C)
- Шахматное расположение труб
- Коридорное расположение труб
Коэффициент теплоотдачи α, Вт/м2*0С
Число Рейнольдса:
Re = ρ×w×D / μ;
Число Пекле:
Pe = Сp×ρ×w×D / λ;
Число Прандтля:
Pr = Pe / Re;
Число Нуссельта:
Nu = 0,56×Re0,5×Pr0,36×εψ×εs×εi – при ламинарном потоке; Nu = 0,26×Re0,65×Pr0,33×εψ×εs×εi – при коридорном расположении труб в турбулентном потоке; Nu = 0,41×Re0,6×Pr0,33×εψ×εs×εi – при шахматном расположении труб в турбулентном потоке;
Коэффициент теплоотдачи:
α = Nu×λ / D.
Другие калькуляторы
- – расчет трубопровода несжимаемой жидкости
- – расчет трубопровода газа
- – Расчет свободной конвекции для горизонтальной поверхности
- – Расчет свободной конвекции для вертикальной поверхности
- – Расчет коэффициента теплопередачи через плоскую стенку
- – Расчет коэффициента теплопередачи через цилиндрическую стенку
©ООО”Кайтек”, 2020. Любое использование либо копирование материалов или подборки материалов сайта, может осуществляться лишь с разрешения автора (правообладателя) и только при наличии ссылки на сайт www.caetec.ru
Как изменится коэффициент теплопередачи если заменить стальные трубы
Главная » Разное » Как изменится коэффициент теплопередачи если заменить стальные трубы
26.36 (Вариант 1) Задан состав твердого топлива на рабочую массу в %. Определить теоретически необходимое количество воздуха для горения, а также по формуле Д.И. Менделеева — низшую и высшую теплоту сгорания топлива, объемы и состав продуктов сгорания при αв, а также энтальпию продуктов сгорания при температуре θ. Данные для расчета принять по табл. 3.1.
Таблица 3.1 – Исходные данные
| Wp | Ap | Sp | Cp | Hp | Np | Op | αв | θ, ºС |
| 13,0 | 21,8 | 3,0 | 49,3 | 3,6 | 1,0 | 8,3 | 1,1 | 120 |
- Ответ: V0=5,0 м³/кг, Qнр=19453 кДж/кг, Qвр=20588 кДж/кг, VСО2=0,94 м³/кг, V0N2=3,96 м³/кг, V0СГ=4,90 м³/кг, V0Н2О=0,64 м³/кг, VСГ=5,40 м³/кг, V0Г=5,54 м³/кг, VН2О=0,65 м³/кг, VГ=6,05 м³/кг, Н0Г=931,3 кДж/кг, Н0В=798,0 кДж/кг, НГ=1011,1 кДж/кг.
- Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20.
- Методические указания
Конвективная теплопередача
Тепловая энергия, передаваемая между поверхностью и движущейся жидкостью с разными температурами — известна как конвекция .
На самом деле это комбинация диффузии и объемного движения молекул. Вблизи поверхности скорость жидкости мала, и преобладает диффузия. На расстоянии от поверхности объемное движение усиливает влияние и преобладает.
Конвективная теплопередача может быть
- принудительной или вспомогательной конвекцией
- естественной или свободной конвекцией
принудительной или вспомогательной конвекцией
принудительной конвекцией, когда поток жидкости вызван внешняя сила, такая как насос, вентилятор или смеситель.
Естественная или свободная конвекция
Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами из-за разницы плотности, вызванной колебаниями температуры в жидкости. При нагревании изменение плотности в пограничном слое заставит жидкость подниматься и заменяться более холодной жидкостью, которая также будет нагреваться и подниматься. Это продолжающееся явление называется свободной или естественной конвекцией.
Процессы кипения или конденсации также называют конвективными процессами теплопередачи.
- Теплопередача на единицу поверхности за счет конвекции была впервые описана Ньютоном, и это соотношение известно как закон охлаждения Ньютона .
Уравнение конвекции может быть выражено как:
- q = h c A dT (1)
- , где
- q = теплопередача за единицу времени (Вт, БТЕ / ч)
- A = площадь теплопередачи поверхности (м 2 , футы 2 )
- h c = коэффициент конвективной теплопередачи процесса ( Вт / (м 2o C, Btu / (фут 2 h o F) )
- dT = разница температур между поверхностью и основной жидкостью ( o C, F)
Коэффициенты теплопередачи — единицы
Коэффициенты конвективной теплопередачи
Коэффициенты конвективной теплопередачи — ч c — в зависимости от t тип среды, будь то газ или жидкость, и свойства потока, такие как скорость, вязкость и другие свойства, зависящие от потока и температуры.
Типичные коэффициенты конвективной теплопередачи для некоторых распространенных применений потока жидкости:
- Свободная конвекция — воздух, газы и сухие пары: 0,5 — 1000 (Вт / (м 2 K))
- Свободная конвекция — вода и жидкости: 50 — 3000 (Вт / (м 2 K))
- Принудительная конвекция — воздух, газы и сухие пары: 10 — 1000 (Вт / (м 2 K))
- Принудительная конвекция — вода и жидкости: 50 — 10000 (Вт / (м 2 K))
- Принудительная конвекция — жидкие металлы: 5000 — 40000 (Вт / (м 2 K))
- Кипящая вода: 3.000 — 100,000 (Вт / (м 2 K))
- Конденсируемый водяной пар: 5.000 — 100,000 (Вт / (м 2 K))
Коэффициент конвективной теплопередачи для воздуха
- Коэффициент конвективной теплопередачи для потока воздуха может быть приблизительно равен
- ч c = 10,45 — v + 10 v 1/2 (2)
- где
- h c = коэффициент теплопередачи (кКал / м 2 ч ° C)
- v = относительная скорость между поверхностью объекта и воздухом (м / с)
- Начиная с
- 1 ккал / м 2 ч ° С = 1.16 Вт / м 2 ° C
- — (2) можно изменить на
- h cW = 12,12 — 1,16 v + 11,6 v 1/2 (2b)
- где
- ч cW = коэффициент теплопередачи (Вт / м 2 ° C )
Примечание! — это эмпирическое уравнение, которое может использоваться для скоростей от 2 до 20 м / с .
Пример — конвективная теплопередача
Жидкость течет по плоской поверхности 1 м на 1 м. Температура поверхности 50 o C , температура жидкости 20 o C и коэффициент конвективной теплопередачи 2000 Вт / м 2o С . Конвективный теплообмен между более горячей поверхностью и более холодным воздухом можно рассчитать как
- q = (2000 Вт / (м 2o C)) ((1 м) (1 м)) ((50 o C) — (20 o C))
- = 60000 (Вт)
- = 60 (кВт)
Калькулятор конвективной теплопередачи
Таблица конвективной теплопередачи
.
Общий коэффициент теплопередачи для жидкостей
Общий коэффициент теплопередачи используется для расчета общей теплопередачи через стену или конструкцию теплообменника. Общий коэффициент теплопередачи зависит от жидкостей и их свойств с обеих сторон стены, свойств стены и поверхности передачи.
Для практически неподвижных жидкостей — средние значения общего коэффициента теплопередачи через различные комбинации жидкостей с обеих сторон стены и типа стены — указаны в таблице ниже:
| Вода | Чугун | Воздух или газ | 1.4 | 7,9 |
| Вода | Мягкая сталь | Воздух или газ | 2,0 | 11,3 |
| Вода | Медь | Воздух или газ | 2,3 | 13,1 |
| Вода | Чугун | Вода | 40-50 | 230-280 |
| Вода | Мягкая сталь | Вода | 60-70 | 340-400 |
| Вода | Медь | Вода | 60-80 | 340-455 |
| Воздух | Чугун | Воздух | 1.0 | 5,7 |
| Воздух | Мягкая сталь | Воздух | 1,4 | 7,9 |
| Пар | Чугун | Воздух | 2,0 | 11,3 |
| Пар | Мягкая сталь | Воздух | 2,5 | 14,2 |
| Пар | Медь | Воздух | 3,0 | 17 |
| Пар | Чугун | Вода | 160 | 910 |
| Пар | Мягкая сталь | Вода | 185 | 1050 |
| Пар | Медь | Вода | 205 | 1160 |
| Пар | Нержавеющая сталь | Вода | 120 | 680 |
Обратите внимание, что эти коэффициенты верны. у грубый.Они зависят от скорости жидкости, вязкости, состояния поверхностей нагрева, величины перепада температур и т. Д. Для точных расчетов — всегда проверяйте производственные данные.
Пример — теплообменник вода-воздух из меди
- Приблизительная оценка удельной теплопередачи в медном теплообменнике с водой (средняя температура 80 o ° C ) с одной стороны и воздухом (средняя температура 20 o C ) с другой стороны — где общий коэффициент теплопередачи U равен 13.1 Вт / (м 2 K) — можно рассчитать как
- q = (13,1 Вт / (м 2 K)) ((80 o C) — (20 o C))
- = 786 Вт / м 2
- ≈ 750-800 Вт / м 2
.
Погружные змеевики — коэффициенты теплопередачи
Общие коэффициенты теплопередачи для паровых змеевиков среднего давления или змеевиков или труб с горячей водой, погруженных в масло или жир:
9 0037 140-310
| Пар в водные растворы, с перемешиванием | 800-1200 | 140-210 |
| Пар в водные растворы, естественная конвекция | 340-570 | 60-100 |
| Пар в легкое масло, естественная конвекция | 170 | 30 |
| Пар в тяжелую нефть, естественная конвекция | 85 — 115 | 15-20 |
| Пар в тяжелую нефть, с перемешиванием | 25-55 | |
| Пар в жир, естественная конвекция | 30-60 | 5-10 |
| Пар в органические вещества, перемешанный | 510-800 | 90-140 |
| Горячая вода в масло, естественная конвекция | 34-140 | 6-25 |
| Горячая вода в воду, естественная конвекция | 200-370 | 35-65 |
| Горячая вода в воду, с перемешиванием | 480-850 | 90-150 |
| Масло-теплоноситель для органических веществ при перемешивании | 140-280 | 25-50 |
| Солевой раствор в воду при перемешивании | 280-630 | 50 — 110 |
| Охлаждающая вода в глицерин, перемешиваемый | 280-430 | 50-75 |
Пример — передача тепла от парового змеевика
A 50 мм паровой змеевик с внешним диаметром 60.3 мм (0,0603 м) и длиной 10 м при 1 бар абсолютное давление и температура пара 120 o C погружается в масляную ванну с температурой 50 o C .
- Площадь поверхности змеевика может быть рассчитана путем умножения длины окружности трубы на длину трубы как
- A = π (0,0603 м) (10 м)
- = 1,89 м 2
- Из таблицы выше коэффициент теплопередачи составляет 170 Вт / м 2 o C для «Пар — легкая нефть, естественная конвекция».Теплопередача может быть рассчитана как
- Q = (1,89 м 2 ) ((120 o C) — (50 o C)) (170 Вт / м 2 o C)
- = 22491 W
.
Коэффициенты теплопередачи теплообменника
Общие коэффициенты теплопередачи в некоторых распространенных конструкциях и применениях теплообменников:
90 016
| Трубчатый, нагревательный или охлаждающий | Газы при атмосферном давлении внутри и снаружи трубопровода | 5-35 | 1 — 6 |
| Газы под высоким давлением внутри и снаружи трубок | 150-500 | 25-90 | |
| Жидкость снаружи (внутри) и газ при атмосферном давлении внутри (снаружи) трубок | 15-70 | 3-15 | |
| Газ при высоком давлении внутри и жидкость снаружи трубы | 200-400 | 35-70 | |
| Жидкости внутри и снаружи трубок | 150-1200 | 25-200 | |
| Пар снаружи и жидкость внутри трубок | 300-1200 | 50-200 | |
| Трубка, конденсация | Пар снаружи и охлаждающая вода внутри труб | 1500 — 4000 | 250 — 700 |
| Органические пары или аммиак снаружи и охлаждающая вода внутри труб | 300 — 1200 | 50 — 200 | |
| Трубчатый, испарительный | пар снаружи и высоковязкая жидкость внутри трубок, естественная циркуляция | 300 — 900 | 50 — 150 |
| пар снаружи и маловязкая жидкость внутри трубок, естественная циркуляция | 600 — 1700 | 100 — 300 | |
| пар снаружи и жидкость внутри трубок, принудительная циркуляция | 900 — 3000 | 150 — 500 | |
| Теплообменники с воздушным охлаждением | Охлаждение воды | 600-750 | 100-130 |
| Охлаждение жидких легких углеводородов | 400-550 | 70-95 | |
| Охлаждение гудрона | 30 — 60 | 5-10 | |
| Охлаждение воздуха или дымовых газов | 60-180 | 10-30 | |
| Охлаждение углеводородного газа | 200-450 | 35-80 | |
| Конденсация пара низкого давления | 700-850 | 125-150 | |
| Конденсация органических паров | 350-500 | 65-90 | |
| Пластинчатый теплообменник | жидкость-жидкость | 1000-4000 | 150-700 |
| Спиральный теплообменник | жидкость-жидкость | 700-2500 | 125-500 |
| конденсация пара в жидкость | 900-3500 | 150-700 |
.
Увеличение теплоотдачи стальной трубы: 3 способа, о которых вы не знали
Автор Антон Дата Авг 25, 2016
Теплопроводность стали достаточно высока – это закон физики, и спорить с ним нельзя. Зато можно обратить это свойство металла на пользу. Именно такая теплоотдача позволяет использовать сталь в производстве различных приспособлений для обогрева помещений.
Стальная труба ВГП
Зачем считать теплоотдачу
Расчет коэффициента теплопередачи для стальных труб и изделий из них поможет определить, сколько килокалорий или Джоулей от внутреннего теплоносителя они способны передать в атмосферу. При проектировании отопления после такого расчета легко вычислить требуемый диаметр стальной трубы. Если правильно все сделать, эффективность обогревателей будет максимальной.
Иногда точно такой же расчет теплоотдачи стальных труб нужен для обратного – подобрать изолирующий материал, который сможет препятствовать потерям. Все зависит от назначения и условий работы исследуемого трубопровода.
- В упрощенном виде формула теплопроводности выглядит так:
- Q = k · F · Δt
- Для тех, кто подзабыл курс физики за 7-й класс, напомним значения этих символов:
- k – коэффициент теплопередачи стали трубы. Он зависит от особенностей материала, толщины стенки и завязан на величину теплового напора.
- F – площадь поверхности трубы. Если подведено сразу несколько ниток трубопровода, то учитывается суммарная площадь поверхностей.
- Δt – тепловой напор, учитывающий разницу температур атмосферы и теплоносителя.
Говоря проще, теплоотдача стальной трубы напрямую зависит от ее размеров и степени нагрева по сравнению с внешней средой. Чем выше эти показатели, тем больше тепловой энергии она передаст.
Теплоотдача стальной трубы во многом зависит от ее толщины
Тепловой напор тоже рассчитывается для каждого конкретного случая. Здесь нужно дополнительно учитывать усредненную температуру горячей воды на входе и выходе из отопительного прибора (коэффициент теплоотдачи воды отличается от того же показателя для стали). Для предварительных расчетов Δt согласно СНиП принимают равным 55° С.
Удобнее производить расчет для одного условного метра трубы выбранного диаметра. Тогда готовый результат можно просто умножить на общую длину отопительного оборудования. Для разных типоразмеров труб теплопередача определяется отдельно.
Коэффициенты
Таблица теплоотдачи стальных труб
| Тип соединения | Для труб с внутренним диаметром, мм | Δt, °С | |||
| 50 — 60 | 60 — 70 | 70 — 80 | 80 — 100 | ||
| В одну нитку | до 40 | 11,5 | 12 | 12,5 | 12,5 |
| 50-100 | 10 | 10,5 | 11 | 11,5 | |
| свыше 125 | 10 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | |
| В несколько ниток | до 40 | 10 | 11 | 11,5 | 11,5 |
| свыше 50 | 8 | 9 | 9 | 9 |
Приведенные цифры даны для труб с толщиной стенок от 3 мм и выше.
Полотенцесушитель в ванную из нержавейки, хоть и относится к рассмотренным гладким трубам, придется рассчитывать через другой коэффициент из-за разницы между черной и нержавеющей сталью. При тепловом напоре Δt = 70-80 °С для труб разного диаметра принимают такие значения:
| Ду, мм | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 |
| k | 15 | 14,5 | 13,3 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 |
Следует учитывать, что сушка для полотенец в ванную, если это не старая часть отопительной системы, как правило, изготавливается из двух типоразмеров труб. Поэтому для змеевика и соединительных перемычек меньшего диаметра коэффициент k выбирается отдельно.
Какую систему вам бы ни пришлось обсчитывать, напольный водяной полотенцесушитель или регистры отопительного прибора, вам понадобится еще один коэффициент. Он позволит привести полученный результат в единицах Ккал/ч к привычному виду Вт/ч. Для этого Q умножают на 1,163.
СНиП 2.04.01-85 требует, чтобы стальной полотенцесушитель имел теплоотдачу не меньше 100 Вт на единицу площади помещения (1 м2) и минимум 40 Вт на 1 м3 ванной. Поэтому после перевода теплоотдачи в соответствующие единицы измерения, можно определить, для комнат каких размеров подходит выбранная конструкция сушки.
Способы увеличения теплоотдачи
Во всех отопительных и нагревательных системах нужно стремиться к тому, чтобы теплоотдача трубы была максимальной. Это будет означать, что энергию, затрачиваемую на нагрев носителя, мы используем наиболее эффективно.
Для каждой конструкции, работающей в своих условиях, способ увеличить теплопередачу подбирается отдельно, с учетом всех нюансов.
Но основой этих улучшений будут уже рассмотренные в теоретическом расчете исходные данные – площадь излучающей поверхности и разница температур.
Регистры
Самая простая конструкция радиаторов отопления – регистры. Это заваренные с торцов трубы среднего или большого диаметра, одиночные или соединенные в секции трубками-перемычками. Их можно увидеть в подъездах, на промышленных объектах или в частных домах с индивидуальным отоплением.
Стальные трубопроводы считаются традиционными для устройства систем водоснабжения, водоотведения и подземной подачи газа
Чтобы повысить их тепловую мощность используют метод увеличения площади – наваривают тонкие металлические пластины. Это улучшает теплоотдачу батареи почти в полтора раза. Примерно такой же теплопередачей обладают компактные радиаторы – ближайшие родственницы чугунных батарей-гармошек. Хотя до панельных биметаллических приборов им, конечно, далеко.
Чтобы теплоотдача радиаторов отопления была максимальной, используют простой и незатратный метод конвекции. Этот способ заключается в правильном навешивании прибора. Его устанавливают как можно ближе к полу, где скапливается холодный воздух, но оставляют необходимые для циркуляции зазоры, в том числе и у самой стены.
При таком монтаже секции батареи соприкасаются со средой, имеющей минимально возможную в данных условиях температуру, то есть увеличивается тепловой напор. А нагретый регистрами воздух благодаря оставленным зазорам беспрепятственно поднимается вверх, и помещение протапливается быстрее.
Отличный метод – увеличить площадь передающей тепло поверхности. Делают это разными способами:
- Наращиванием общей длины нагревательных труб путем формирования из них U-образных регистров.
- Оребрением – строго говоря, этот способ увеличивает не конкретно теплопроводность стальной трубы, а всего радиатора, но мощность возрастает на 50%.
- Увеличением количества секций.
Лучшей теплоотдачей обладают поверхности черного цвета, но далеко не в каждый интерьер впишется такая мрачная батарея, отчего этот способ и не нашел применения. Регистры традиционно продолжают окрашивать в белый цвет.
Полотенцесушители
Полотенцесушитель для ванной сам является наглядным примером того, как можно улучшить теплоотдачу трубы. «Змеевик» прибора – не что иное, как искусственно увеличенная площадь теплового излучения.
Поскольку раньше они были лишь частью общей ветки отопления, изменить диаметр стальной трубы не представлялось возможным. Поэтому площадь теплопередачи увеличивалась путем простого наращивания длины.
Кстати, как раз водяной полотенцесушитель из нержавеющей стали будет неплохо смотреться в черном цвете. Блестящие и хромированные изделия, хоть и выглядят красиво, препятствуют теплообмену между трубой и окружающей средой.
Для вертикально ориентированных систем, таких как радиаторы и полотенцесушители, имеет значение способ подключения входных и выходных труб. Теплоотдача одного прибора при разной установке может значительно измениться:
- 100% эффективности – диагональное подключение (вход горячей воды сверху, выход с обратной стороны внизу);
- 97% – одностороннее с верхним входом;
- 88% – нижнее двухстороннее подключение;
- 80% – диагональное обратное (с нижним входом);
- 78% – одностороннее с нижним входом и выходом отработанной воды.
Полиэтилен это самая простая гидроизоляция для теплого пола, так же он увеличивает теплоотдачу
Теплый пол
Не так давно теплый пол от полотенцесушителя или комнатного радиатора становился продолжением общей системы отопления в квартире, в разы увеличивая площадь обогревающей поверхности. Но вода в качестве теплоносителя именно в этой ситуации может создать немало проблем.
Как бы ни были надежны стальные трубы, они не вечны, а места соединений, особенно резьбовых, могут со временем дать течь. Только представьте, что это произошло внутри бетонной стяжки, которую так просто не снять. По этой причине теплый пол в водяном исполнении практически не применяется.
Если вы все-таки решили реализовать эту систему, вам придется подумать, как сделать ее максимально эффективной. Мощность теплого пола должна рассчитываться с предельной точностью. Но если цифры показывают, что теплопередача получается недостаточной, нужно в первую очередь озаботиться повышением эффективности стальных труб.
Поскольку эта конструкция контактирует не с воздухом в помещении, а нагревает материалы пола, сыграть можно только на увеличении протяженности труб. Поэтому их и укладывают компактной, но длинной «змейкой». Благодаря большой площади собственной поверхности она передает много тепла.
Нюанс: при плотной укладке нескольких погонных метров трубы теплоотдача теплого пола в целом возрастет, а каждого отдельного сегмента, не критично, но уменьшится.
Причина в том, что слишком близко расположенные трубы частично налаживают теплообмен друг с другом. Вокруг каждой создается нагретая зона, что приводит к некоторому снижению теплового напора.
Потери тепла
Не менее часто высокий коэффициент теплопроводности стальной трубы приходится рассматривать как негативный фактор. Когда тепло нужно с минимальными потерями доставить в конечную точку к потребителю, проводимость стали следует уменьшать. Такая необходимость возникает на магистральных трубопроводах и теплотрассах, проложенных на поверхности.
Для снижения теплопотерь трубы прячут в изолирующую оболочку из минеральной ваты или пенополистирола, используют фольгированную теплоизоляцию, экранирующую инфракрасный спектр излучения. Также можно взять стальные трубы, утепленные несколькими слоями вспененного полиэтилена еще на производстве.
Для определения эффективности применяемой изоляции делают стандартный расчет стальной трубы через коэффициент теплоотдачи. Но результат умножается на КПД изолирующего материала.
Разница между двумя промежуточными итогами покажет, насколько эффективно сохраняется температура теплоносителя внутри трубы.
Если цифра получается неудовлетворительной, толщину изолирующей скорлупы следует увеличить или подобрать материал с меньшей теплопроводностью.
В быту к теплопотерям и снижению эффективности стальных труб отопления приводит использование декоративных ширм или завешивание приборов, как в случае с полотенцесушителем. Нежелательна и установка такого оборудования в нишах стен. Сами трубы в этих потерях не виноваты, поскольку они исправно нагревают окружающий воздух и предметы, а вот на что тратится это тепло – вопрос уже к хозяевам.
Загрузка...
