Приложение G (справочное). Учет нагрева и охлаждения

Приложение G
(справочное)

Учет нагрева и охлаждения

G.1 Нагрев

В некоторых случаях необходимо указывать, за какой период времени резистивная электронагревательная система способна повысить температуру неподвижного продукта до температуры, требуемой при перекачке. Формула (G.1) показывает соотношение между временем нагрева и удельной мощностью нагревательного устройства, обогревающего трубопровод:

,

(G.1)

где U - тепловые потери на единицу длины трубопровода на 1 градус разницы температур, , вычисляемые по формуле

,

(G.2)

H - тепловая постоянная времени, с, которая является общим количеством энергии, которое требуется сообщить массе трубопровода, жидкости и изоляции в расчете на 1 градус температуры, разделенное на потери тепла на единицу длины трубы при разнице температур 1 градус, вычисляемая по формуле

,

(G.3)

где Р₁ - плотность продукта в трубопроводе, кг/м³;

С_р1 - удельная теплоемкость продукта, ;

V_c1 - внутренний объем трубопровода на единицу длины, м³/м;

Р₂ - плотность трубопровода, кг/м³;

С_р2 - удельная теплоемкость трубы, ;

V_c2 - объем стенок трубопровода на единицу длины, м³/м;

Р₃ - плотность изоляции, кг/м³;

С_р3 - удельная теплоемкость изоляции, ;

V_c3 - объем стенок изоляции, м³/м;

Т_i - начальная температура трубопровода, °С;

T_f - конечная температура текучей среды и трубопровода, °С;

Т_а - температура окружающей среды, °С;

t - желаемое время нагрева, с;

K₁ - коэффициент теплопроводности внутреннего слоя изоляции, измеренный при средней температуре, ;

К₂ - коэффициент теплопроводности внешнего слоя изоляции, измеренный при средней температуре, ;

D₃ - внешний диаметр внешнего слоя изоляции, м;

D₂ - внешний диаметр внутреннего слоя изоляции, м;

D₁ - внутренний диаметр слоя изоляции, м;

h_co - коэффициент теплопередачи в воздушной прослойке при ее наличии между внешней поверхностью теплоизоляции и климатическим барьером, ;

h_o - коэффициент теплоотдачи от поверхности климатического барьера к окружающей среде, ;

h_i - коэффициент теплопередачи в воздушной прослойке (если она имеется) между поверхностью трубопровода и внутренней поверхностью теплоизоляции, ;

T_sc - температура, при которой происходит смена фаз, °С;

h_f - латентная теплота плавления продукта, Дж/кг;

q_c - удельная мощность нагревательного кабеля, Вт/м.

В представленных выше формулах также предполагается, что значения плотности системы, объемы, коэффициенты теплопроводности и величины теплопотерь остаются постоянными в рамках рассматриваемого диапазона температуры. Необходимо отметить, что у некоторых продуктов не происходит изменения фаз при нагреве. Хотя эта модель является представительной для прямого трубопровода, в ней не учтены насосы и вентили.

G.2 Остывание

В условиях отсутствия потока и без поступления дополнительного тепла от распределенного электронагревателя длительность периода остывания может быть определена по формуле

,

(G.4)

где U - тепловые потери на единицу длины трубопровода на 1 градус разницы температур, , вычисляемые по формуле

;

(G.5)

H - тепловая постоянная времени, с, которая является общим количеством энергии, которое требуется сообщить массе трубопровода, жидкости и изоляции в расчете на 1 градус температуры, разделенное на потери тепла на единицу длины трубы при разнице температур 1 градус, вычисляемая по формуле

,

(G.6)

где Р₁ - плотность продукта в трубопроводе, кг/м³;

С_р1 - удельная теплоемкость продукта, ;

V_c1 - внутренний объем трубопровода на единицу длины, м³/м;

Р₂ - плотность трубопровода, кг/м³;

С_р2 - удельная теплоемкость трубы, ;

V_c2 - объем стенок трубопровода на единицу длины, м³/м;

Р₃ - плотность изоляции, кг/м³;

С_р3 - удельная теплоемкость изоляции, ;

V_c3 - объем стенок изоляции на единицу длины, м³/м;

T_i - начальная температура трубопровода, °С;

T_f - конечная температура текучей среды и трубопровода, °С;

Т_а - температура окружающей среды, °С;

t - расчетное время разогрева, с;

K₁ - коэффициент теплопроводности внутреннего слоя изоляции, измеренный при средней температуре, ;

K₂ - коэффициент теплопроводности внешнего слоя изоляции, измеренный при средней температуре, ;

D₃ - внешний диаметр внешнего слоя изоляции, м;

D₂ - внешний диаметр внутреннего слоя изоляции, м;

D₁ - внутренний диаметр слоя изоляции, м;

h_co - коэффициент теплопередачи в воздушной прослойке (если она имеется) между внешней поверхностью теплоизоляции и климатическим барьером, ;

h_o - коэффициент теплоотдачи от поверхности климатического барьера к окружающей среде, ;

h_i - коэффициент теплопередачи в воздушной прослойке (если она имеется) между поверхностью трубопровода и внутренней поверхностью теплоизоляции, ;

T_sc - температура фазового перехода,°С;

h_f - удельная теплота плавления продукта, Дж/кг.