Isolation des tuyaux
Utilisation
from HeatTransfer import PipeInsulationAnalysis
# Créer un objet d'analyse d'isolation de tuyau
pipe = PipeInsulationAnalysis.Object(
fluid='water',
T_fluid=70,
F_m3h=20,
DN=80,
L_tube=500,
material='Acier',
insulation='laine minérale',
insulation_thickness=0.04,
Tamb=20
)
# Calculer les déperditions
pipe.calculate()
# Afficher les résultats
print(f"Déperditions totales: {pipe.q_total:.2f} W")
print(f"Température de surface: {pipe.Tc:.2f} °C")
print(pipe.df)
Résultats
Déperditions totales: 8050.03 W
Température de surface: 28.87 °C
0
Fluid water
Regime turbulent
T_fluid (°C) 70
v (m/s) 1.080789
F_m3h (m3/h) 20
DN 80.0
di (m) 0.0809
de (m) 0.0889
L_tube (m) 500
Material Acier
Insulation laine minérale
Insulation Thickness (m) 0.04
Emissivity 0.01
Tamb (°C) 20
Humidity (%) 40
Flow Regime turbulent
Tc (°C) 28.868999
Tf (°C) 24.434499
Outer Diameter with Insulation (m) 0.1689
Prandtl Number (Pr) 2.562899
External Surface Area (m²) 265.307276
Rayleigh Number 4226671.100079
Nusselt Number 21.942496
Average Heat Transfer Coefficient (W/m².K) 3.361376
Convective Heat Transfer (W) 7909.350594
Radiative Heat Transfer (W) 140.67688
Total Heat Transfer (W) 8050.027474
Convective Resistance (K/W) 0.001121
Radiative Resistance (K/W) 0.063045
Equivalent Resistance (K/W) 0.001102
Internal Surface Area (m²) 127.077315
Reynolds Number (Re_fluid) 211849.962282
velocity (m/s) 1.080789
Nusselt Number (self.Nu_fluid) 611.002747
Heat Transfer Coefficient (self.h_fluid) 4982.869046
Internal Convective Resistance (K/W) 0.000002
Internal Wall Temperature (°C) 69.987287
External Wall Temperature (°C) 69.982454
Insulation Temperature (°C) 28.868999
Conductive Resistance of Bare Tube (K/W) 0.000001
Le calcul retourne :
Déperditions thermiques totales (
q_total) [W]Température de surface externe (
Tc) [°C]DataFrame détaillé incluant :
Propriétés du fluide (viscosité, conductivité, densité, Cp)
Régime d’écoulement (laminaire/turbulent)
Nombres adimensionnels (Reynolds, Prandtl, Nusselt, Rayleigh)
Coefficients de transfert thermique [W/m²·K]
Résistances thermiques [K/W]
Températures aux interfaces [°C]
Déperditions par convection et rayonnement [W]
Paramètres possibles
Matériaux de tuyau disponibles (material) :
'Cuivre'(λ = 380 W/m·K)'Plomb'(λ = 35 W/m·K)'Acier'(λ = 50 W/m·K)'Aluminium 99%'(λ = 160 W/m·K)'Fonte'(λ = 50 W/m·K)'Zinc'(λ = 110 W/m·K)
Matériaux d’isolation disponibles (insulation) :
'aucun isolant'(λ = 0 W/m·K)'laine minérale'(λ = 0.04 W/m·K)'polyuréthanne PUR'(λ = 0.03 W/m·K)'polystyrène'(λ = 0.036 W/m·K)'polyéthylène'(λ = 0.038 W/m·K)'Liège (ICB)'(λ = 0.05 W/m·K)'Laine minérale (MW)'(λ = 0.045 W/m·K)'Polystyrène expansé (EPS)'(λ = 0.045 W/m·K)'Polyéthylène extrudé (PEF)'(λ = 0.045 W/m·K)'Mousse phénolique – revêtu (PF)'(λ = 0.045 W/m·K)'Polyuréthane – revêtu (PUR/PIR)'(λ = 0.035 W/m·K)'Polystyrène extrudé (XPS)'(λ = 0.04 W/m·K)'Verre cellulaire (CG)'(λ = 0.055 W/m·K)'Perlite (EPB)'(λ = 0.06 W/m·K)'Vermiculite'(λ = 0.065 W/m·K)'Vermiculite expansée (panneaux)'(λ = 0.09 W/m·K)
Diamètres nominaux (DN) disponibles :
DN de 6 à 1050 mm (voir table complète dans le code source)
Analyse paramétrique de l’épaisseur d’isolant
import matplotlib.pyplot as plt
from HeatTransfer import PipeInsulationAnalysis
# Simulation de l'effet de l'épaisseur d'isolation sur les déperditions
insulation_thicknesses = [0.0001 + 0.005 * i for i in range(41)] # Épaisseurs de 0.0001m à 0.2001m
heat_losses = []
surface_temperatures = []
for thickness in insulation_thicknesses:
pipe = PipeInsulationAnalysis.Object(
fluid='water',
T_fluid=70,
F_m3h=20,
DN=80,
L_tube=500,
material='Acier',
insulation='laine minérale',
insulation_thickness=thickness,
Tamb=20
)
pipe.calculate()
heat_losses.append(pipe.q_total)
surface_temperatures.append(pipe.Tc)
# Tracer les résultats
fig, ax1 = plt.subplots(figsize=(10, 6))
color = 'tab:blue'
ax1.set_xlabel('Épaisseur d\'isolation (m)')
ax1.set_ylabel('Déperditions thermiques (W)', color=color)
ax1.plot(insulation_thicknesses, heat_losses, marker='o', color=color, label='Déperditions (W)')
ax1.tick_params(axis='y', labelcolor=color)
ax2 = ax1.twinx() # Créer un second axe y partageant le même axe x
color = 'tab:red'
ax2.set_ylabel('Température de surface (°C)', color=color)
ax2.plot(insulation_thicknesses, surface_temperatures, marker='x', color=color, label='Température de surface (°C)')
ax2.tick_params(axis='y', labelcolor=color)
fig.tight_layout()
plt.title('Effet de l\'épaisseur d\'isolation sur les déperditions et la température de surface')
plt.grid(True)
plt.show()
Explication du modèle
Ce modèle calcule les déperditions thermiques d’un tuyau isolé transportant un fluide chaud ou froid.
Le calcul prend en compte :
Convection interne : Transfert entre le fluide et la paroi interne du tuyau
Conduction dans le tuyau : Transfert à travers la paroi métallique
Conduction dans l’isolant : Transfert à travers l’isolation
Convection externe : Transfert entre la surface et l’air ambiant (convection naturelle)
Rayonnement : Émission thermique vers l’environnement
Le modèle détermine automatiquement :
Le régime d’écoulement (laminaire ou turbulent)
Les propriétés thermophysiques du fluide via CoolProp
Les coefficients de transfert thermique appropriés
La température de surface par itération (équilibre thermique)