По неизолированному трубопроводу диаметром 170/185 мм, проложенному на открытом воздухе, протекает вода со средней температурой $t_{f1}$ = 95℃, температура окружающего воздуха $t_{f2}$ = −18℃. Определить потерю теплоты с 1 м длины трубопровода и температуры на внутренней и внешней поверхностях этого трубопровода, если коэффициент теплопроводности материала трубы $λ$ = 58,15 Вт/м∙град, коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы $α_1$ = 1395 Вт/м∙град и от трубы к окружающему воздуху $α_2$ = 13,95 Вт/м∙град.
Исследуется:
Осесимметричная постановка; граничные условия типа «Конвекция».
Используемый источник:
Сборник задач по теплообмену: учеб. пособие / [В.В. Бирюк и др.]. – Самара : Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2012. – 174 с.: ил.
Рис. 1. Схема задачи
Потеря тепла с 1 м длины трубопровода будет равна:
Температуры на внутренней и внешней поверхностях практически равны:
Рис. 2. Тепловое граничное условие, прикладываемое к внутренней стенке трубы: тип ГУ — «Конвекция», температура протекающей в трубе воды +95 град., коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы $α_1$ = 745 Вт/м²∙град
Рис. 3. Тепловое граничное условие, прикладываемое к внешней стенке трубы: тип ГУ — «Конвекция», температура воздуха снаружи −18 град., коэффициент теплоотдачи от трубы к окружающему воздуху $α_2$ = 8,1 Вт/м²∙град
<aside> ⚠️ Примечание: Так как в условии задачи заданы коэффициенты теплопередачи на единицу длины [Вт/м℃], их нужно пересчитать на единицу площади для задания в PLAXIS:
</aside>
Рис. 4. Распределение теплового потока по стенке трубопровода