臨界熱絕緣直徑及其在工程中應(yīng)用

1、臨界熱絕緣直徑及其在工程中的應(yīng)用2017-06-30教學(xué)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)回顧課堂練習(xí)目錄教學(xué)目標(biāo)l 理解臨界熱絕緣直徑的概念；l 熟悉臨界熱絕緣直徑在工程中的應(yīng)用。符號(hào)代表的意義：材料的熱導(dǎo)率； h對流換熱系數(shù)；d圓管的直徑； l圓管的管長； 熱流量； crd臨界熱絕緣直徑。 常見保溫：電纜的絕緣層（聚氯乙烯）；蒸汽管道的保溫（陶瓷纖維毯）；空調(diào)冷凍水管的保溫（泡沫橡塑絕熱制品）問題：問題：l 保溫材料的厚度與散熱能力有什么關(guān)系呢？是不是材料越厚保溫效果越好呢？二. 教學(xué)內(nèi)容回顧圓筒壁的傳熱過程計(jì)算回顧圓筒壁的傳熱過程計(jì)算圓管內(nèi)外側(cè)的表面積不相等，所以對內(nèi)側(cè)和外側(cè)而言的傳熱系數(shù)在數(shù)值上是不同的

2、。以管長為 的一段圓管的傳熱過程進(jìn)行分析。fiwiiitth d l00wofotthd l000()111ln2fifoiiil ttdhddh d l在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，通過各環(huán)節(jié)的熱流量相同。各環(huán)節(jié)溫差如下：以上三式相加整理后可得：內(nèi)壁和介質(zhì)的對流換熱管道內(nèi)外壁間的導(dǎo)熱外壁和環(huán)境的對流換熱0ln2wiwoidttld000111ln2fifoiiittdh d lldhd l 在圓管外敷設(shè)保溫層會(huì)帶來什么影響？在圓管外敷設(shè)保溫層會(huì)帶來什么影響？l 直徑增加，表面積增加，對流換熱熱阻減??；l 增加導(dǎo)熱熱阻。 而這兩種變化的效果是相反的。那么為什么在圓管外敷設(shè)保溫層一般會(huì)削弱傳熱過程呢？ 對這一問

3、題的回答取決于增加圓筒外徑后所引起的對流換熱熱阻減小的程度及導(dǎo)取決于增加圓筒外徑后所引起的對流換熱熱阻減小的程度及導(dǎo)熱熱阻增加的程度相對大小熱熱阻增加的程度相對大小。如何削弱傳熱過程呢？一般增加保溫層，來降低熱流量的絕對值！ 000111ln2fifoiiittdh d lldhd l 例題：鋁電線外徑為5.1mm，外包導(dǎo)熱系數(shù)=0.15W/(mK)的聚氯乙烯作為絕緣層。環(huán)境溫度為40，鋁線表面溫度限制在70以下。絕緣層表面與環(huán)境間的復(fù)合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為10W/(m2K)。求絕緣層外徑do不同時(shí)每米電線的散熱量。000()111ln2fifoiiil ttdhddh d 00020(7040)1

4、1ln2 0.15/()0.005110/()CCdlWm KmWm K d()11ln2wifooioottdldh d將已知條件代入上式得：計(jì)算：每米長電線的散熱量為：每米電線散熱量為絕緣層外徑do的函數(shù)。從上圖可以看出： 當(dāng)絕緣層外徑等于30mm時(shí)散熱量達(dá)到最大值， 而當(dāng)絕緣層外徑小于30mm時(shí)，增加絕緣層厚度非但不會(huì)削弱傳熱，反而會(huì)增加散熱。對于電線來說，處于這種情況下是有利的，因?yàn)榭梢栽黾与娏鞯耐ㄟ^能力。00020(7040)11ln2 0.15/()0.005110/()CCdlWm KmWm K d000()111ln2fifoiiil ttdhddh d 02000200001

5、1()()20111(ln)2iiiil ttdh dddddhddh d 002dh圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱情況下熱流量方程：將上式求導(dǎo)并令其等于零：解得散熱量的最大值條件為： 稱為臨界熱絕緣直徑，記為稱為臨界熱絕緣直徑，記為 。l 若圓柱外徑小于 ，則隨著 的增加散熱量將增大；l 若圓柱外徑大于 ，則散熱量隨 的增加而減小。odcrd對于一般的動(dòng)力保溫管道來說，是否有必要考慮臨界熱絕緣直徑問題呢？對于一般的動(dòng)力保溫管道來說，是否有必要考慮臨界熱絕緣直徑問題呢？蒸汽管道的保溫（陶瓷纖維毯）蒸汽管道的保溫（陶瓷纖維毯）取代表性的數(shù)值 ，算得臨界熱絕緣直徑為22mm，一般保溫動(dòng)力管道外徑大于此值，所很少有

6、必要考慮臨界熱絕緣直徑問題。0.1/()Wm K209/()hWmK對于制冷保溫管道來說，是否有必要考慮臨界熱絕緣直徑問題呢？對于制冷保溫管道來說，是否有必要考慮臨界熱絕緣直徑問題呢？對于冷凍水或制冷劑管道，采用泡沫橡塑絕熱材料，代表性的熱導(dǎo)率約為 ，復(fù)合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ，算得臨界熱絕緣直徑為8mm。p 對于大型商用空調(diào)大型商用空調(diào)，液管介質(zhì)為冷凍水，管道直徑一般在200-250mm，基本不需考慮臨界熱絕緣直徑問題；p 對于家用中央空調(diào)家用中央空調(diào)，氣管和液管介質(zhì)為制冷劑，氣管直徑一般在10-50mm，基本不需要考慮絕緣直徑問題；而液管直徑一般在6-25mm，則需要考慮臨界熱絕緣直徑問題。0.036/()Wm K29/()ohWm K臨界熱絕緣直徑臨界熱絕緣直徑常用符號(hào) 表示，單位為m ，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中， 為熱絕緣材料的熱導(dǎo)率 ； 為熱絕緣層外表面對周圍環(huán)境的對流換熱系數(shù)， 。一般來說，只有當(dāng)圓柱形物體的外徑 時(shí)，增加熱絕緣層厚度才會(huì)使散熱量減小。crd2crodh0hcr