Zadanie Zadanie 7.5.18: Straty ciepła z odsłoniętego rurociągu magistrali parowej

Punkty
4 pkt
Dział
Zjawiska cieplne · Ciepło
Trudność
Poziom trudności: trudne
Straty ciepła z odsłoniętego rurociągu magistrali parowej w czasie awarii.

Treść zadania

W trakcie usuwania awarii sieci ciepłowniczej z rurociągu zdjęto izolację termiczną na odcinku o długości L=2,0 mL = 2{,}0\,\text{m}. Średnica zewnętrzna stalowej rury wynosi D=40 cmD = 40\,\text{cm} (r=0,20 mr = 0{,}20\,\text{m}, pole powierzchni bocznej S≈2,51 m2S \approx 2{,}51\,\text{m}^2), a grubość jej ścianki to d=8 mm=0,008 md = 8\,\text{mm} = 0{,}008\,\text{m}. Współczynnik przewodnictwa cieplnego stali wynosi k=50 Wm⋅Kk = 50\,\frac{\text{W}}{\text{m}\cdot\text{K}}. Przez rurę przepływa woda pod ciśnieniem o temperaturze t1=130∘Ct_1 = 130^\circ\text{C}, a temperatura otaczającego mroźnego powietrza wynosi t2=−10∘Ct_2 = -10^\circ\text{C}. **a)** Oblicz jednostkowy opór przewodzenia ciepła ścianki stalowej rury RR. **b)** Oblicz teoretyczną moc strat ciepła (strumień ciepła Φ\Phi) wynikającą z samego przewodnictwa przez stalową ściankę badanego odcinka rury. **c)** Oblicz całkowitą ilość ciepła QQ przenikającego przez ściankę rury w czasie trwania prac remontowych trwających Δt=6,0 h\Delta t = 6{,}0\,\text{h}. Wyraź wynik w gigadżulach (GJ\text{GJ}). **d)** Wyjaśnij krótko, dlaczego w warunkach rzeczywistych rzeczywiste straty ciepła do powietrza będą mniejsze niż wartość wynikająca z czystego przewodzenia samej stali.

Odpowiedź i wynik końcowy

**a)** R=1,6⋅10−4 m2⋅KWR = 1{,}6 \cdot 10^{-4}\,\frac{\text{m}^2\cdot\text{K}}{\text{W}} **b)** Φ≈2,20 MW\Phi \approx 2{,}20\,\text{MW} **c)** Q≈47,4 GJQ \approx 47{,}4\,\text{GJ} **d)** Rzeczywiste straty ogranicza opór przejmowania ciepła (konwekcja/promieniowanie na granicy stal-powietrze).