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临界热绝缘直径及其在工程中的应用 2017-06-30 教学目标 教学内容 要点回顾 课堂练习 目录 教学目标 理解临界热绝缘直径的概念； 熟悉临界热绝缘直径在工程中的应用。 符号代表的意义： 材料的热导率； 对流换热系数； 圆管的直径； 圆管的管长； 热流量； 临界热绝缘直径。 常见保温： 电缆的绝缘层（聚氯乙烯）； 蒸汽管道的保温（陶瓷纤维毯）； 空调冷冻水管的保温（泡沫橡塑绝热制品） 问题： 保温材料的厚度与散热能力有什么关系呢？是不是材料越厚保温效果越好呢？ 二. 教学内容 回顾圆筒壁的传热过程计算 圆管内外侧的表面积不相等，所以对内侧和外侧而言的传热系数在数值上是不同的。以管长为 的一段圆管的传热过程进行分析。 在稳态导热时，通过各环节的热流量相同。 各环节温差如下： 以上三式相加整理后可得： 内壁和介质的对流换热 管道内外壁间的导热 外壁和环境的对流换热 在圆管外敷设保温层会带来什么影响？ 直径增加，表面积增加，对流换热热阻减小； 增加导热热阻。 而这两种变化的效果是相反的。那么为什么在圆管外敷设保温层一般会削弱传热过程呢？ 对这一问题的回答取决于增加圆筒外径后所引起的对流换热热阻减小的程度及导热热阻增加的程度相对大小。 如何削弱传热过程呢？ 一般增加保温层，来降低热流量的绝对值！ 例题： 铝电线外径为5.1mm，外包导热系数λ=0.15W/(m·K)的聚氯乙烯作为绝缘层。环境温度为40℃，铝线表面温度限制在70℃以下。绝缘层表面与环境间的复合表面传热系数为10W/(m2·K)。求绝缘层外径do不同时每米电线的散热量。 将已知条件代入上式得： 计算： 每米长电线的散热量为： 每米电线散热量为绝缘层外径do的函数。 从上图可以看出： 当绝缘层外径等于30mm时散热量达到最大值， 而当绝缘层外径小于30mm时，增加绝缘层厚度非但不会削弱传热，反而会增加散热。对于电线来说，处于这种情况下是有利的，因为可以增加电流的通过能力。 圆筒壁稳态导热情况下热流量方程： 将上式求导并令其等于零： 解得散热量的最大值条件为： 称为临界热绝缘直径，记为 。 若圆柱外径小于 ，则随着 的增加散热量将增大； 若圆柱外径大于 ，则散热量随 的增加而减小。 对于一般的动力保温管道来说，是否有必要考虑临界热绝缘直径问题呢？ 蒸汽管道的保温（陶瓷纤维毯） 取代表性的数值 ， 算得临界热绝缘直径为22mm，一般保温动力管道外径大于此值，所很少有必要考虑临界热绝缘直径问题。 对于制冷保温管道来说，是否有必要考虑临界热绝缘直径问题呢？ 对于冷冻水或制冷剂管道，采用泡沫橡塑绝热材料， 代表性的热导率λ约为 ，复合表面传热系数 ， 算得临界热绝缘直径为8mm。 对于大型商用空调，液管介质为冷冻水，管道直径一般在200-250mm，基本不需考虑临界热绝缘直径问题； 对于家用中央空调，气管和液管介质为制冷剂，气管直径一般在10-50mm，基本不需要考虑绝缘直径问题；而液管直径一般在6-25mm，则需要考虑临界热绝缘直径问题。 临界热绝缘直径 常用符号 表示，单位为m ，其数学表达式为： 式中， 为热绝缘材料的热导率 ； 为热绝缘层外表面对周围环境的对流换热系数， 。一般来说，只有当圆柱形物体的外径≥ 时，增加热绝缘层厚度才会使散热量减小。 三. 要点回顾 当管道外径为d2的管道采取保温措施时，应当选用临界热绝缘直径dcr ( ) 的材料 大于等于d2 小于d2 没有要求 四. 课堂练习： 答案：B dcr d2 谢谢大家！