Нагрев потока жидкости в трубопроводе

Графоаналитический расчет тепловой мощности для нагрева потока жидкости в трубопроводе до требуемой температуры

          An applet for constructing a system of nomograms for calculating the thermal power required to increase the temperature of a liquid during its flow through a pipeline with an external heat source [J/s].

          При оценке затрат тепла (необходимой тепловой мощности) на подогрев жидкости (газа) при её течении в трубопроводе, который имеет внешний источник тепла (к примеру, электрический нагреватель), используются соответствующие методики расчета различных теплообменных аппаратов. При расчете теплообменников определяются мощность источника, конструктивные характеристики источника, трубопровода, теплопередающих подложек, электроизоляции, теплоизоляции, их тепловые характеристики, характеристики жидкости (газа), величины потерь и т.д.

          Однако для ответа на первый и основной вопрос ("Какая мощность нужна для подогрева теплоносителя с расходом, к примеру, 0,2 кг/с на двадцать градусов?") не требуется глубоких знаний теплообменных процессов. Для расчета тепловой мощности (соответствующей электрической мощности без учета небольших потерь тепла) достаточно знать коэффициент теплоемкости жидкости (газа) и применить приведенную ниже формулу. Только предварительно нужно оценить, какой расход жидкости (к примеру, воды) Вам нужен. При необходимости можно перевести массовый расход в объемный, зная плотность жидкости (газа).

         Значение тепловой мощности [количество тепла (тепловой энергии) за секунду], которое необходимо передать потоку жидкости или газа для повышения его температуры до требуемого значения, рассчитывается по формуле

Q = G · C_p· dT     [Дж/с],                                                  [1]

где

C_p – удельная теплоемкость жидкости или газа, Дж/(кг·К);

G – расход жидкости (газа), кг/с;

dT – изменение температуры жидкости (газа) на участке трубопровода, ^oС.

При необходимости пересчета между системами единиц используем следующую зависимость: 1 кал = 4,1868 Дж.

Значения удельной теплоемкости различных веществ, в т.ч. жидкостей, приведены на справочной странице "Удельная теплоёмкость (в кДж/(кг · К))"

         Схема системы номограмм для графоаналитического расчета параметров нагревания жидкости в трубопроводе представлена на рисунке 1.

    Рисунок 1. Схема системы номограмм для расчета тепловой мощности для нагрева жидкости в зависимости от расхода и теплоемкости

         После запуска апплета вспомогательное окно ("Окно ввода") будет иметь следующий вид (рисунок 2).

     Рисунок 2. Дополнительное окно апплета по построению системы номограмм для расчета тепловой мощности

         В окне ввода уже показана схема размещения номограмм, но она требует повторного ввода, поэтому на каждом квадратике, обозначающем номограмму "щелкаем" правой клавишей мыши, и, далее, левой клавишей "щелкаем" на том месте, где должен находиться цветной флажок (место размещения значений параметра Z номограммы). Можно выбрать любое другое место расположения переменного параметра Z. После повторного назначения схемы номограмм "щелкаем" левой клавишей мыши на значок "[-]", который размещен в левом верхнем углу схемы системы номограмм. Он изменит свой вид на "[+]". Это означает, что схема номограмм закреплена.

 Рисунок 3. Дополнительное окно апплета по построению системы номограмм для расчета изменения температуры жидкости (при её течении в трубопроводе с внешним источником тепла) с настроенной схемой системы номограмм

         После закрепления схемы системы номограмм, последовательно "щелкаем" на каждый значок, обозначающий номограмму, и нажимаем на три кнопки "В ОЗУ", "Подстановка ИД", "Итоговая формула" для внесения всех параметров номограммы в оперативную память и формирования расчетной формулы.

          Переходим к основному окну и вводим значения шагов по осям "Х" и "Y". Нажимаем на кнопку "Построить по ИД".

      Рисунок 4. Основное окно апплета с построенной системой номограмм для расчета изменения температуры жидкости в канале

          Более подробная инструкция по работе с апплетом.