1、臨界熱絕緣直徑及其在工程中的應(yīng)用2017-06-301教學(xué)目標(biāo)2教學(xué)內(nèi)容3要點(diǎn)回顧4課堂練習(xí)目錄一.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(duì)流換熱系數(shù)；d圓管的直徑； l圓管的管長(zhǎng)； 熱流量； crd臨界熱絕緣直徑。 常見(jiàn)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(wèn)題：?jiǎn)栴}：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(guò)程計(jì)算回顧圓筒壁的傳熱過(guò)程計(jì)算圓管內(nèi)外側(cè)的表面積不相等，所以對(duì)內(nèi)側(cè)和外側(cè)而言的傳熱系數(shù)在數(shù)

2、值上是不同的。以管長(zhǎng)為 的一段圓管的傳熱過(guò)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(guò)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(duì)流換熱管道內(nèi)外壁間的導(dǎo)熱外壁和環(huán)境的對(duì)流換熱0ln2wiwoidttld000111ln2fifoiiittdh d lldhd l 在圓管外敷設(shè)保溫層會(huì)帶來(lái)什么影響？在圓管外敷設(shè)保溫層會(huì)帶來(lái)什么影響？l 直徑增加，表面積增加，對(duì)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(guò)程呢

3、？ 對(duì)這一問(wèn)題的回答取決于增加圓筒外徑后所引起的對(duì)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(duì)流換熱熱阻減小的程度及導(dǎo)熱熱阻增加的程度相對(duì)大小熱熱阻增加的程度相對(duì)大小。如何削弱傳熱過(guò)程呢？一般增加保溫層，來(lái)降低熱流量的絕對(duì)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(

4、7040)11ln2 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(zhǎng)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(duì)于電線來(lái)說(shuō)，處于這種情況下是有利的，因?yàn)榭梢栽黾与娏鞯耐ㄟ^(guò)能力。00020(7040)11ln2 0.15/()0.005110/()CCdlWm KmWm K d000()111ln2fifoiiil ttdhddh d 0200020

5、00011()()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(duì)于一般的動(dòng)力保溫管道來(lái)說(shuō)，是否有必要考慮臨界熱絕緣直徑問(wèn)題呢？對(duì)于一般的動(dòng)力保溫管道來(lái)說(shuō)，是否有必要考慮臨界熱絕緣直徑問(wèn)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，

6、所很少有必要考慮臨界熱絕緣直徑問(wèn)題。0.1/()Wm K209/()hWmK對(duì)于制冷保溫管道來(lái)說(shuō)，是否有必要考慮臨界熱絕緣直徑問(wèn)題呢？對(duì)于制冷保溫管道來(lái)說(shuō)，是否有必要考慮臨界熱絕緣直徑問(wèn)題呢？對(duì)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(duì)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(wèn)題；p 對(duì)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(wèn)題；而液管直徑一般在6-25mm，則需要考慮臨界熱絕緣直徑問(wèn)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(duì)周圍環(huán)境的對(duì)流換熱系數(shù)， 。一般來(lái)說(shuō)，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。crd2crodh0hcrd/()oWm