保温材料管道保温性能分析.pdf

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1、第24卷第l期湖南科技大学学报(自然科学版)Vo1．24No．12009年3月JournalofHunanUniversityofScience&Technology(NaturalScienceEdition)Mar．2()09保温材料管道保温性能分析刘显茜’，陈君若，侯宏英z，朱代根，，陶翼飞(1．昆明理工大学机电工程学院，云南昆明650093；2．中国科学院大连化学物理研究所，辽宁大连116023)摘要：利用牛顿冷却方程和圆筒传热公式推导出了保温材料管道保温的热流损失数学模型，并基于该模型推导出了热流损失随保温层厚度增减

2、变化的临界半径的理论计算公式．假定保温材料外表面与周围环境之间的对流传热系数为常数时，临界半径与保温材料导热系数成正比，而与保温材料外表面与周围环境之间的对流传热系数成反比．当管道裸管半径大于临界半径时，管道热流损失随着保温层厚度的增加而减小；当管道裸管半径小于临界半径，且裸管半径与保温材料厚度之和小于临界半径时，管道热流损失随着保温层厚度的增加而增加；而当裸管半径与保温材料厚度之和大于或等于临界半径时，管道热流损失随着保温层厚度的增加而减小．最后，对保温材料导热系数、保温材料外表面与周围环境之间的对流传热系数对管道热流损失的

3、影响也进行了计算和分析．图5，表1，参8．关键词：保温材料；管道保温；热流损失；计算分析中图分类号：TK311文献标识码：A文章编号：1672—9102(2009)01—0041—04随着世界范围内能源的日趋紧张，保温节能在工尺，尺分别为输送管道的内径、外径以及保温层的外农业生产和民用生活方面的意义日显突出．为了减少径；，k分别为输送管道和保温材料的热传导率；，设备及管道热损失，提高热能利用率，近年来，众多学，，，h分别为管内流体温度、流体与管壁的对流传者开展了与新型保温材料及其性能相关的研究，而热系数、环境空气的温度及空气与

4、保温层之间的传热对于保温材料管道保温性能的研究则很少涉及．仅有系数．根据牛顿冷却公式嘲，流体通过管壁内表面传递少量文献[6-7]针对圆形管道保温特性进行了研究．因到管壁以及保温材料经保温层外表面传递到周围环此，对于周围环境与保温材料对管道保温性能的影响境的热流量，可写成需作更深入的研究．本文利用牛顿冷却方程和圆筒传O~-A，hi(一)；A(一)．(1)热公式推导出了保温材料管道保温的热流损失的数通过管壁和保温层的热流量，可由圆筒壁的导学模型，基于该模型推导出了热流损失随保温层厚度热公式【91得到增减变化的临界半径的理论计算公式

5、．对保温材料敷打打，(2)设厚度对管道热流损失的影响进行了详尽的分析，并2"rrLk2'rrLkf对不同导热系数的保温材料对热损失的影响以及保由(1)式和(2)式整理得温材料外表面与周围环境的对流传热系数对热损失的影响进行了计算和分析．盏，(3)。2竹后’21T。，，1数学模型式中，，=2霄尺lL，A硼=2霄R3．1-1热流量损失方程1．2临界半径(见)的确定保温材料管道保温的结构示意图如图l所示，，所谓临界半径，这里指的是理论上存在的，仅与收稿日期：2008—09—26基金项目：国家自然科学基金资助项目(5o564oo5)；

6、云南省自然科学基金资助项目(2003E0o23M)作者简介：刘显茜(1972一)，男，河南延津人，博士生，主要从事多孔介质传热传质理论及数值计算研究．41保温材料热传导率及保温层与周围环境换热系数对流区间亦即1≤≤10，临界半径随保温材料导热h有关的，热流损失达到极大值时管子半径与保温层系数和对流传热系数的变化曲面；图2b为过度对流厚度之和．区间亦即l0≤厅叽≤2O，临界半径随保温材料导热系数和对流传热系数的变化情况．图2e为强制对流区间亦即20~

7、，临界半径随保温材料导热系数的增大而增大，随着对流传热系数的减小而增大．在高保温材料导热系数和低对流传热系数工况下，临界半径较大，而在低保温材料导热系数和高对流传热系数工况下，临界半径较小．从图中还可以看出，在自然对流区间和强制对流区间，临图1管道保温结构图界半径随对流传热系数增大急剧减小(图2a和2c)，Fig．1Sketchofstructureofinsulatedpipeline在过渡对流区间，临界半径随对流传热系数变化则相对较为平缓(图2b)．若设；；；=丁，则式(3)可写为A∞凡{⋯．皇__l+十j+·‘(、4。)

8、=室在特定环境下，在确定的管路里输送的流体温度与子速度一定时，假定保温材料与周围环境的对流传热系数4K一)h为常数，由(4)式可知，力。和为常数，随着保温层半径，的增加，热流损失，仅随和变化．设=+=+1．(5)对式(5)关于R。一阶求导，可得器dR3=一2q-r丽R1正一2