«МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ТРУБЧАТЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧАХ СПЕКАНИЯ ...»

б) алюмосиликатные — огнеупорная основа А12O3, и SiO2 (шамотные, полукислые и высокоглиноземистые);

в) магнезиальные — огнеупорная основа оксид MgO (магнезитовые, доломитовые, форстеритовые, тальковые и шпинельные);

г) хромистые — огнеупорная основа окислы Сг2О3 и MgO (хромитовые, хромомагнезитовые и магнезито-хромитовые);

д) углеродистые, с углеродной огнеупорной основой (углеродистые и графитовые);

е) цирконистые — огнеупорная основа — оксид циркония - ZrO2 (цирконовые, циркониевые);

ж) карбидные, с огнеупорным соединением типа МеС з) окисные, состоящие в основном из чистых окислов MgO, А12O3, ВеО и др.

3. По типу окисла, служащего огнеупорной основой, на:

а) кислые (SiO2);

б) нейтральные (Аl2O3);

в) основные (MgO, СаО).

искусственные. Последние, в свою очередь делят на:

а) прессованные;

б) плавленые;

в) трамбованные.

В зависимости от термообработки их можно еще подразделить на обожженные и необожженные.

5. По сложности формы огнеупорные изделия бывают простыми и фасонными специального назначения. Фасонные, в зависимости от формы, в свою очередь, подразделяют на ряд типов.

6. На основании ГОСТа огнеупоры одного и того же вида делят по огнеупорности на классы, а по внешним признакам — на сорта.

7. По применению в кладке огнеупорные материалы делят на доменные, предназначенные для кладки доменных печей; насадочные, используемые для кладки регенеративных и рекуперативных насадок; ковшовые, употребляемые для футеровки ковшей и др. [65, 74] Далее представлены свойства огнеупорных изделий плотности, пористости и теплопроводности.

1) Пористость. Стойкость огнеупоров во многом зависит от пористости, которая колеблется в широких пределах: от 1 в плавленых и до 80% в изоляционных огнеупорных материалах. Поры в огнеупорных материалах могут быть открытыми, т. е. они сообщаются с окружающей атмосферой; сквозными, когда они проходят насквозь через все изделие, и закрытыми. Поэтому пористость подразделяют на три вида:

общую, определяемую как отношение объема всех пор к общему объему изделия;

кажущуюся — отношение объема открытых пор к общему объему изделия;

закрытую — отношение объема закрытых пор к общему объему.

Чем больше кажущаяся пористость, тем хуже огнеупор противостоит разъедающему действию шлаков и металла, которые попадают по порам внутрь огнеупорного изделия. Пористость определяют стандартным методом. Пористость огнеупорного изделия связана с теплопроводностью обратно пропорционально [65, 74].

2) Теплопроводность. Теплопроводность огнеупоров должна быть низкой.

Лишь в тех случаях, когда тепло передается через огнеупоры (в муфелях, рекуператорах), повышение теплопроводности желательно. Теплопроводность зависит от природы материала, его пористости и температуры. Кристаллические вещества более теплопроводны, чем аморфные, С повышением температуры теплопроводность огнеупоров возрастает, исключение составляют магнезит и форстерит. Увеличение пористости приводит к снижению теплопроводности.

Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры представлена формулой:

где 0 коэффициент теплопроводности при нормальных условиях, Вт/(мK), b – некоторый коэффициент, T – фактическая температура, K.

На рисунке 4.1.1 представлена зависимость коэффициента теплопроводности от температуры для некоторых огнеупоров [65, 74].

Рисунок 4.1.1 – Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры;

1 – магнезит, 2 – хромомагнезит, 3 – динас, 4 – шамот, 5 – пеношамот Как видно из графика теплопроводность для шамота и пеношамота (4 и соответственно) незначительно зависит от температуры. Также можно заключить, что разница между одним значением коэффициента теплопроводности, и какимлибо другим, измеренным на 100 – 150 C больше или меньше, останется примерно одинаковой. Поэтому при обработке данных можно использовать значения теплопроводности, полученные при близких значениях температур.

В качестве огнеупорных материалов для проверки наличия зависимости плотности и теплопроводности, были выбраны алюмосиликатные огнеупоры (шамотные, высокоглиноземистые). Они до начала размягчения и появления жидкой вазы не претерпевают изменения кристаллической решетки. Это видно из диаграммы состояния SiO2 Al2O3, представленной на рисунке 4.1.2.

До 1545 C существует твердая фаза муллит + кристобалит, которая после этой температуры, в зависимости от состава начинает переходить или в жидкую фазу (в области эвтектики), или образует систему муллит + жидкая фаза. Можно предположить, что механизм теплопередачи до 1545 C не должен сильно изменяться, в связи с сохранением одной структуры кристаллической решетки. В частности, это находит свое подтверждение на графиках зависимости теплопроводности от температуры. Из них видно, что для данного типа огнеупоров теплопроводность незначительно меняется в рассмотренном температурном диапазоне [21].

4.2 Обработка данных и построение уравнения связи теплопроводности и Сущность графического метода заключается в построении графика по полученным, в процессе эксперимента данным или набранным из литературных источников. После построения графика находим аналитическую зависимость между переменными.

По результатам литературного обзора [21, 64, 65, 74] были получены сведения о кажущейся плотности (), открытой пористости (П), коэффициенту теплопроводности () и составе для алюмосиликатных огнеупоров. Наиболее полно эти данные представалены для японских огнеупоров (Таблица 4.2.1 и 4.2.2).

Измерение значения коэффициента теплопроводности проводилось при температуре 350 C. Ниже приведены теплофизические переменные:

кажущаяся плотность огнеупорного материала, характеризует плотность изделия, включая поры и пустоты, содержащиеся в кирпиче, кг/м3.

коэффициент теплопроводности огнеупорного кирпича, содержащего поры и пустоты, Вт/(мK), П – открытая пористость, характеризует количество пор, сообщающихся с окружающей средой. Единицей измерения служит процент, занимаемый порами, от объема тела.

Statistica 6.0 на основе регрессионного анализа. Мы предположили, что уравнение = f() может быть линейно параметрической функцией, которая в общем виде представляет степенной полином вида (4.2.1):

Или зависимость теплопроводности от плотности может быть представлена экспоненциальной функцией вида (4.2.2) Таблица 4.2.1 – Основные характеристики разных марок алюмосиликатных огнеупоров Теплофизические характеристики Таблица 4.2.2 – Основные характеристики разных марок алюмосиликатных огнеупоров Теплофизические связывающие плотность и теплопроводность для алюмосиликатных огнеупоров.

= f().

теплопроводность, Вт/(м*К) Рисунок 4.2.1 – Полиномиальная модель зависимости теплопроводности от степени (4.2.3) относительно плотности:

показана на рисунке 4.2.2. Красной непрерывной линей показана функция = f().

теплопроводность, Вт/(м*К) Рисунок 4.2.2 – Экспоненциальная модель зависимости теплопроводности от функцию (4.2.4).

приблизительно одинаковый характер. Для более точного представления о точности полученных моделей проводилась проверка адекватности, которая представлена ниже.

4.3 Оценка адекватности уравнения связи теплопроводности и Сведем полученные данные в таблицу 4.3.1, в которой отразим данные модели построенной на основе экспоненциальной зависимости и модели на основе полиномиальной функции. Ниже представленные переменные характеризующие математические модели.

i кажущаяся плотность i-го огнеупора, кг/м3;

i – коэффициент теплопроводности i-го огнеупора, Вт/(мК);

эксп i – коэффициент теплопроводности i-го огнеупора, найденный по модели, построенной на основе экспоненциальной функции, Вт/(мК);

полином – коэффициент теплопроводности i-го огнеупора, найденный по модели, построенной на основе полиномиальной функции, Вт/(мК);

эксп i = | i – эксп i | – модуль разности коэффициента теплопроводности экспоненциальной модели;

эксп i = | i – полином i | – модуль разности коэффициента теплопроводности между значением, взятым из литературы, и полученным на основе полиномиальной модели;

теплопроводности между значением, взятым из литературы, и полученным на основе экспоненциальной модели;

теплопроводности между значением, взятым из литературы, и полученным на основе полиномиальной модели Таблица 4.3.1 – Сравнение литературных данных с данными, полученными с помощью моделей На основе таблицы 4.3.1 найдем значения остаточных дисперсий для коэффициента теплопроводности из трех выборок, представленных в таблице.

где n – количество данных, используемых для построения модели;

коэффициентов в уравнении модели.

Ниже представлены результаты вычисления остаточных дисперсий коэффициента теплопроводности для данных из таблицы 4.3.1.

Dост (литер.) = 0,04947 – дисперсия литературных данных;

Dост (литер.) = 0,04095 – дисперсия данных экспоненциальной модели;

Dост (литер.) = 0,04731 – дисперсия данных полиномиальной модели.

эксп 0,00448 – для экспоненциальной модели;

полин 0,00442 – для полиномиальной модели.

теплопроводности для литературных данных составляет Ккор = 0,9154;

коэффициент Пирсона составляет КПирсон = 0,9154. Можно заключить, что имеется взаимосвязь между коэффициентом теплопроводности и плотностью для алюмосиликатных огнеупоров.

4.4 Экспериментальная проверка адекватности зависимостей теплопроводности от свойств материала и внешних условий литературные данные, были проверены экспериментальным методом.

Испытания проводились с помощью прибора ИТП-МГ4 «100».

теплопроводности и термического сопротивления строительных материалов, а также материалов, предназначенных для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов при стационарном режиме и методом теплового зонда.

Прибор позволяет определять теплопроводность и термическое сопротивление материалов при средней температуре образца от +15 до +42,5°С, обеспечивая автоматическое регулирование температур холодильника и нагревателя и их термостатирование в процессе испытаний.

Прибор может комплектоваться тепловым зондом для оперативного контроля теплопроводности материалов в процессе их производства и применения, а также при обследовании зданий и сооружений, имеет связь с ПК. Общий вид прибора представлен на рисунке 4.4.1, его технические характеристики в таблице 4.4.1.

Рисунок 4.4.1 – Прибор ИТП-МГ4 «100» для определения коэффициента Базовый комплект поставки измерителя ИТП-МГ4 «100» включает в себя:

стационарная тепловая установка контрольный образец из оргстекла CD с программным обеспечением Дополнительные принадлежности к измерителю ИТП-МГ4 «100» могут включать:

короб для испытания насыпных материалов Таблица 4.4.1 Технические характеристики измерителя ИТП-МГ4 «100»

Диапазон определения коэффициента теплопроводности 0,02...1, при стационарном режиме, Вт/м•К Диапазон измерения термического сопротивления, 0,01...1, м2•К/Вт Диапазон определения теплопроводности методом 0,03... теплового зонда, Вт/м•К Предел сновной относительной погрешности определения ± коэффициента теплопроводности и термического сопротивления при стационарном режиме, % определения коэффициента теплопроводности методом теплового зонда, % Время одного измерения, не более, мин:

Габаритные размеры, мм:

Испытания образцов проводились в ООО «Электроавтоматика», в соответствии с ГОСТ 7076-99, на лицензированном приборе ИТП-МГ4 «100».

Для испытания были приготовлено 5 образцов из шамота легковеса, теплопроводность, был проведен эксперимент по определению плотности и кажущейся пористости. Значения физических параметров таблиц 4.4.2, 4.4.3, 4.4.4, 4.4.5 получены в результате пяти испытаний для каждого образца огнеупора и их последующего нахождения среднего значения. После испытаний данные эксперимента были усреднены, эти значения приведены в таблицах 4.4. и 4.4.5 для шамота легковеса и в таблицах 4.4.6 и 4.4.7 для шамота полулегковеса [57, 58].

Таблица 4.4.2 Данные эксперимента для шамота легковеса Таблица 4.4.3 Расчетная таблица для шамота легковеса Таблица 4.4.4 Данные эксперимента для шамота полулегковеса Таблица 4.4.5 Расчетная таблица для шамота полулегковеса Рассчитываемая величина Формула и численное значение Результат Масса поглощенной воды, г mв = mв.о. – m.c.o. = 282,3 – 200,2 82, В дальнейшем были проведены испытания по определению коэффициента теплопроводности изучаемых огнеупорных материалов. Для этого были выпилены образцы, размеры которых: длина 100 мм, ширина 100 мм. Испытания проводились 5 раз для каждого из образцов, а затем было найдено среднее значение каждой из переменных. Результаты представлены в таблицах 4.4.6 и 4.4.7 шамота легковеса и шамота полулегковеса соответственно.

Таблица 4.4.6 Результаты испытаний по определению коэффициента теплопроводности шамотных легковесных огнеупорных материалов № эксперимент Толщина образца, мм Время испытания, Коэффициент Таблица 4.4.6 Результаты испытаний по определению коэффициента теплопроводности шамотных полулегковесных огнеупорных материалов № эксперимент Толщина образца, мм Время испытания, Коэффициент Значения коэффициента теплопроводности, как видно из таблиц 4.4.6 и 4.4.6 одинаковые, различия в сотых знаках можно считать погрешностью прибора. Видно из таблицы, что коэффициент теплопроводности практически идентичен для всех исследованных образцов.

Для соотнесения результатов эксперимента с результатами модели был проведен пересчет экспериментальных данных с учетом температурного фактора. Ввиду того, что уравнения описывающие функцию = f() адекватны при температуре 350 С ; пересчет проводился: по формуле (4.4.1) для шамота легковеса и по формуле (4.4.2) для шамота полулегковеса [51, 69]. Плотность алюмосиликатных огнеупоров в температурном интервале 0400 С меняется незначительно, поэтому расширением материала с повышением температуры можно пренебречь [60, 61].

Коэффициент теплопроводности и плотность шамота легковеса Коэффициент теплопроводности шамота полулегковеса математических моделей. На координатную плоскость, были отложены значения, полученные в результате эксперимента, с целью сопоставить их с уравнением. Результаты представлены на рисунке 4.4.2 для полиномиальной структуры и на рисунке 4.4.3 для экспоненциальной структуры теплопроводность, Вт/(м*К) Рисунок 4.4.2 – Экспериментальные значения на полиномиальной зависимости теплопроводность, Вт/(м*К) Рисунок 4.4.3 – Экспериментальные значения на экспоненциальной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности Из анализа графика видно, что значения экспериментальных точек погрешности измерительного прибора. Это характеризует математические модели как достоверные, они согласуются с экспериментальными данными. Для предпочтительнее использовать объемную плотность огнеупора. Это связано с тем, что при испытаниях образцов было установлено, что изменение кажущейся пористости не согласуются с изменением объемной плотности. Истинная пористость является трудно определяемой величиной, ввиду сложностей в определении закрытой пористости, что было обнаружено при проведении опытов.

В результате анализа экспериментальных данных было установлено наличие зависимости между плотностью и теплопроводностью алюмосиликатных огнеупоров. Было получено два уравнения, описывающих коэффициент теплопроводности как функцию плотности в виде экспоненциальной и полиномиальной зависимости. Оба уравнения являются адекватными моделями исходя из статистической обработки. Построение моделей на основе пористости и коэффициента теплопроводности является затруднительным, по причине отсутствия точных сведений об истинной пористости огнеупоров. Использование для этой цели открытой пористости невозможно, в связи с отсутствием корреляционной зависимости между ней и плотностью. По результатам сравнения результатов моделирования и результатов опыта можно заключить о соответствии практических данных опытным. Математические модели являются адекватными.

ГЛАВА 5 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ

5.1 Разработка новой конструкции теплоизолированной трубы Одной из главных функций теплоизоляционных материалов является уменьшение потерь тепла в окружающую среду. При движении нагретой среды в трубах важно минимизировать потери тепла от нее в окружающую среду.

теплоизоляционным материалом. Изоляцию труб осуществляют сплошным материалом с низким коэффициентом теплопроводности. Этим материалом может быть пенополиуретан (ППУ), базальтовое волокно, минеральная вата.

Подробно достоинства и недостатки применяемых теплоизоляционных материалов описаны в введении, мы не будем на них здесь подробно останавливаться [88].

На основании обобщенной методики определения коэффициента теплопроводности установлено наличие обратно пропорциональной зависимости между коэффициентом теплопроводности и пористостью вещества.

Самая низкая теплопроводность может быть достигнута при 100 % пористости, что соответствует газовому слою. Это говорит о возможности использования газов в качестве теплоизоляционного материала. Была разработана новая конструкция теплоизолированной трубы, защищенная патентом.

расположенных труб (теплоизолируемой и внешней), на торцах которых находятся заглушки. В качестве теплоизолирующего материала используется газ, как материал с наименьшей теплопроводностью по сравнению с другими материалами, газовый зазор между трубами фиксируется за счет крепежных элементов, периодически заполняющих пространство между ними. Кольцевой зазор между трубами заполняется воздухом; газом, обладающим меньшей теплопроводностью, чем воздух (Ar, Xe, Kr и другие газы) или газом, обладающим способностью поглощать тепловое излучение внутренней горячей трубы (СО2).

Воздух или другой газ, обладая низким значением коэффициента теплопроводности, выполняет главную теплоизолирующую функцию, Функция материла периодической структуры, заключается в фиксации наружной внешней трубы относительно внутренней теплоизолируемой. Образующийся кольцевой газовый зазор обеспечивает низкое значение коэффициента теплопроводности.

В качестве материала периодической структуры может выступать различные структуры: сетка Рабица, система центраторов, шнур или шланг из ПВХ, и тому подобное. Торцы труб герметизируются с помощью заглушек для предотвращения конвективного теплообмена. Конструкция трубы представлена на рисунке 5.1.1 [84].

Рисунок 5.1.1 – Конструкция трубы с теплоизоляционной структурой 1 – внутренняя металлическая труба, 2 – материал периодической структуры (шланг из ПВХ, или шнур из губчатого ПВХ), 3 – наружная трубаоболочка, 4 – заглушка на торце трубы При оценке теплопроводности воздушного слоя вначале считаем, что теплообмен осуществляется только теплопроводностью. Для предотвращения потерь тепла излучением на внутреннюю горячую трубу следует наносить краску с низким коэффициентом излучения [91].

Для оценки тепловой эффективности новой «воздушной» трубы определяется коэффициент теплопроводности теплоизолирующего слоя (воздух + элемент периодической структуры), который может быть рассчитан по формуле (5.5.1).

Fi – площадь материала соприкасающегося с поверхностью теплоотдачи, м2; %.

F – общая площадь поверхности теплоотдачи, м2, %.

i – коэффициент теплопроводности i-го вещества.

1) Расчет коэффициента теплопроводности для сетки-рабицы проводим для одной ячейки, так как эти данные равны теплопроводности слоя сеткирабицы, расположенного в кольцевом зазоре. Принимаем шаг между ячейками равным: Коэффициент теплопроводности стали принимаем 48 Вт/(мК) [51].

ш = 20 мм = 0,02 м, диаметр проволоки dпр = 0,002 м. Далее находим площадь одной ячейки: F = 2 = 0,0004 м2.

Находим площади стали и площадь воздуха, соприкасающиеся с поверхностью теплоотдачи по формулам:

Коэффициент теплопроводности слоя сетка-рабица + воздух:

При заполнении межтрубного пространства сеткой-рабицей на 33%, коэффициент теплопроводности кольцевого зазора составит:

33 % рабица возд сетка рабица возд 33 % возд 67 % 0,257 Вт/(мК). (5.1.5) сетка рассчитываем по соотношению, что длина шланга в три раза больше длинны трубы. Контакт между шлангом из ПВХ и трубой будет точечный, но из-за механических деформаций ширина контакта увеличится до 5 мм. Коэффициент теплопроводности ПВХ принимаем 0,15 Вт/(мК). [51] 3) Коэффициент теплопроводности кольцевого зазора при обертке внутренней трубы шлангом из жесткого ППУ рассчитывается по соотношению, что длина шланга в 3 раза больше длинны трубы. Толщина контакта ППУ и внутренней трубой является точечной, но из-за механических деформаций считаем равной 5 мм. Коэффициент теплопроводности жесткого ППУ принимаем равным 0,04 Вт/(мК) [14, 30].

4) При использовании центраторов для фиксации труб коэффициент теплопроводности кольцевого зазора равен коэффициенту теплопроводности воздуха, так как переносом тепла по центраторам можно пренебречь ввиду их незначительного диаметра.

Полученные значения для коэффициентов теплопроводности кольцевого зазора (материал периодической структуры + воздух) представлены в таблице 5.1.1, там же приведены значения для других теплоизоляционных материалов для сравнения. [88] Таблица 5.1.1 – теплопроводность теплоизоляционных материалов сеткой-рабицой (коэффициент заполнения 100%) сеткой-рабицой (коэффициент заполнения 33%) жесткого ППУ Из таблицы видно, что коэффициенты теплопроводности кольцевого зазора, заполненного материалом периодической структуры, имеют близкие значения к теплоизоляционным материалам низкой теплопроводности.

Теплоизолированные трубы с использованием, с применением материала периодической структуры в качестве заполнителя межтрубного пространства, могут найти применение при конструировании в высокотемпературных металлургических и энергетических агрегатах. Для оценки их эффективности проведем сравнение тепловых потоков через теплоизолированную трубу. Для этого выберем стальную трубу одинакового диаметра для всех случаев и одинаковую толщину тепловой изоляции.

Плотность теплового потока идущего через стенку трубы вычисляем по формуле (5.1.8):

t – перепад температур между внутренней поверхностью стальной трубы и наружной поверхностью полиэтиленовой трубы, С;

сталь – коэффициент теплопроводности стальной трубы, принимаем равным кольц.зазор – коэффициент теплопроводности кольцевого зазора, Вт/(мК);

ПЭ – коэффициент теплопроводности полиэтилена, принимаем равным d сталь – наружный диаметр стальной трубы, м;

d сталь – внутренний диаметр стальной трубы, м;

d ПЭ – наружный диаметр полиэтиленовой трубы, м;

d ПЭ – внутренний диаметр полиэтиленовой трубы, м;

вод – коэффициент конвективной теплоотдачи воды, принимаем равным возд – коэффициент конвективной теплоотдачи воздуха, принимаем равным Тепловой поток рассчитан для стальной трубы внешнего диаметра 108 мм, при толщине стенки 5 мм. Полиэтиленовые трубы диаметром от 160 мм до мм по данным ГОСТ 30732-2006. Полученные результаты представлены в таблице 5.1.2. Расчет проводился с предположением, что теплопередача осуществлялась только теплопроводностью.

Таблица 5.1.2 – Значения тепловых потоков при различном заполнении кольцевого зазора и разных диаметрах полиэтиленовых труб Графически значения тепловых потоков представлены на рисунке 5.1.2, по оси абсцисс отложены в порядке возрастания диаметры труб, по оси ординат значения тепловых потоков через трубную теплоизоляцию для различных материалов.

Рисунок 5.1.2 Значения тепловых потоков при различном заполнении кольцевого зазора, и разных диаметрах полиэтиленовых труб Из анализа таблицы и графиков видно, что значения тепловых потоков через стенку трубы (теплоизоляция за счет элементов периодической структуры), приблизительно равны тепловым потокам через стенку трубы, изолированной ППУ, пенопластом и стекловатой. Применение сетки Рабица целесообразно для теплоизоляции горячих труб с температурой стенки выше 200-250 С, при этой температуре данный теплоизолятор сохраняет свои свойства. Особенно это актуально для изоляции труб, по которым подается нагретый газ и воздух в металлургические агрегаты.

5.2 Экспериментальная проверка тепловых потоков Для подтверждения правильности предложенных в данном исследовании уравнений проводились эксперименты по определению теплового потока через стенку изолированной трубы. Для этого была собрана экспериментальная установка (рисунок 5.2.1). Она представляет собой изолированную трубу, размещенную вертикально, внутри которой находится горячая вода при температуре кипения. На поверхности наружной стенки горячей трубы, в теплоизолирующем слое, и на внутренней и наружной поверхностях внешней трубы размещены термоэлектрические преобразователи. Значение температуры определяется вторичным прибором.

Рисунок 5.2.1 – Схема установки для определения теплового потока через трубу: 1 – ртутный термометр, 2 – термоэлектрические преобразователи и контакты, идущие от них (термоэлектрические преобразователи показаны окружностью на конце провода), 3 – переключатель термопар, 4 – вторичный прибор, 5 – пробка, 6 – пенопластовая изоляция, 7 – слой ППУ, 8 – нагреватель Наружный диаметр стальной трубы составляет dст = 108 мм, наружный диаметр пластиковой полиэтиленовой трубы dпласт = 200 мм, толщина стенки для первой и второй трубы составляет 5 мм. Кольцевой зазор между трубами может заполняться различными теплоизоляционными материалами.

На данном приборе были проведены эксперименты по определению плотности температурного поля теплоизоляции. Результаты для трубы изолированной ППУ представлены в таблице 5.2.1. Эксперименты проводились после наступления стационарного режима, для этого проводился прогрев стенки трубы в течении часа. После этого проводились замеры температуры.

Термоэлектрический преобразователь №1 расположен на наружной поверхности горячей трубы, под слоем теплоизоляции. Термоэлектрический преобразователь №2 находится в середине теплоизолирующего слоя. Термоэлектрические преобразователи № 3 и №4 расположены на внутренней и наружной поверхности пластиковой внешней трубы.

Таблица 5.2.1 – Температурное поле теплоизоляции исследуемой трубы Теловой поток через стенку ППУ трубы рассчитанный на основании разностей температур по формуле (30) составляет 23,6 Вт/(мК), что соответствует расчетному значению из таблицы 5.2.1. Тепловой поток, замеренный с помощью прибора «ИПП-2МК» составляет 24 Вт/(мК).

Для оценки эффективности «воздушной» трубы определялся тепловой поток прибором «ИПП-2МК»; значение составило 28 Вт/(мК).

Разница между тепловым потоком через ППУ трубу и «воздушную»

можно объяснить за счет влияния излучения. Оно осуществляется нагретой стальной трубой, за счет этого возрастают тепловые потери.

1) Применение материалов периодической структуры в качестве теплоизоляции трубопроводов возможно по техническим соображениям, так как значения коэффициентов теплопроводности уже используемых материалов и предлагаемых одинаковы.

ГЛАВА 6 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ АГРЕТАХ С ПОМОЩЬЮ

РАЗРАБОТАННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

6.1 Математическое моделирование тепловых процессов в трубчатой Явления, происходящие в турбулентном потоке горящего газа можно описать системой уравнений, в состав которой входят уравнения движения и неразрывности для течения вязкого сжимаемого газа, уравнения энергии и диффузии для компонент горючей смеси и продуктов реакции, содержащие нелинейные источники тепла. Интенсивность источников определяется кинетическими уравнениями. В общую систему уравнений входят уравнения состояния и выражения, определяющие зависимость физических констант (коэффициенты вязкости, теплопроводности, диффузии и др.) от температуры, давления, а также состава смеси. Следует учитывать отличия теплоемкости исходных реагентов от теплоемкости продуктов сгорания, теплопотери, диссоционные явления, ионизацию, наличие резких градиентов температур и концентраций [31, 32].

При исследовании и построении расчета горения газового факела для условий, характерных для многих энергетических топок, можно на основании анализа обширного экспериментального материала пренебречь диссоциацией и изменением теплоемкости и молекулярной массы в ходе реакции, теплотой трения, термо- и бародиффузией. В случае горения однородной смеси изменение давления в зоне горения более заметно. Оно приводит к наблюдаемому в опытах существенному увеличению скорости газа по сравнению со скоростью набегающего потока. В связи с этим учет изменения давления во фронте пламени становится принципиальным. При горении не перемешанных газов в затопленном или спутном факеле при значительном факторе спутанности потока становится заметным при значении параметра спутанности m>1 и для