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1、? ? ? ? ? ? ? ? 在一般化工生产中 , 总 是有换热器 、 塔器 和反应器等许多设备以及各种热力 管道 , 由于 这些设备和管道中的介质 温度高于周 围空气的 温度 , 所以必 然会有热量散失 , 这样不仅在经 济上造成损失 , 有时还会恶 化劳动环境 , 影 响 操作人员 的身体健康 。 因此 , 一般都采 用在设 备和管道 的外表面上附加一层或多 层 隔热层 ?即保温层?和保护层?保护层不作为保温用?以 达到减少热损失 的 目的 。 若从 经济的角度来考虑 , 对于平 壁和 外径 ? ? 等于或大于临界 直径? 二, 的圆管 ?或 圆筒? , 附加保温层越 厚 , 热 阻就越
2、大 , 热损失将会越 小 , 则每年热量 损失的费用?简称年热损费?就 越低?然而保温层越厚 , 相 应 的投资费也越 大 , 则每年的折旧费?简称年折旧费?就越高 。 由于 二者是矛 盾 的 , 所以必须确定保温层的最经济 厚度 。 如 图 ? 所示 , 纵坐标 为年费用 ? 对于平 壁的保温层 , 其单位 用?元?米 “ 年? ? 对于 圆管 ?或圆筒?的保温层 , 其单位用?元? 米 年? 。 横 坐标为保温层 的厚 度 , 其单位为?毫米? 。 图 中 曲线刀 ? 表示年热损费随保温层 的厚度 增加而 减少 ? 而曲线刀 ? 表示年折旧费随保温层 的厚 度增加而增大 。 显 然保温层
3、的最经济厚 度将取 决于 曲线刀 , 加刁 ? 的最低点?即年最低费用? 。 必须指 出 , 保温层 的年折旧费可根据初始 投资费和年度折旧率经计算即得 ? 而年热损费 的 大小取决于 年热损失 的多少 。 在计算热损失 时 , 通常保温材料的导 热 系 数 只 。、 保温层 的厚度舀 。、 设备或管道内介质 的 温度 ?, , 以及周 围 空气的温度 ? ? 等均为已知值 , 而保温层外壁 面温度? ? 。 为未 知值 。 因此 , 就不 得不采用试差 法先求解琉 , 这样使计算繁复 , 将 花费很多 时 间 , 其结果有 时还不能令人满意 。 为了免除繁复 的 试算 , 节省计算时 间 ,
4、 提高计 算结果的 准确性 , 本文就保温层 外壁面温度与 ? 的计算方法作一 些探讨 , 现介绍如下 ? 平 壁保温层如图 ? 所示 。 温层 叨? 空气 图? 已知条件 ? ? ? 选定某种保温材料 , 查得其导热系数 几 。?大 卡?米 时 ? ? ? ? 设保温层 的厚度为 占 。 ?毫 米? ? ? ? 由于一般介质的给 热系数 ?, ?大卡? 米 “ 时 ?较大 , 且金属 壁 的热阻又很小 , 故 可 认为保温层内壁面 温度气 ? 、? ? ? 、? , 。 根据上述条件 , 则通 过保温层的热损失可 用下列 二式表示 , 即 ? ?生今 了一丛彩 些 二 血歌 ?大卡? 米 “
5、 时? ? ? 礼礼 ? ? ? ? ? ? ?, ? 一?,? ?大卡?米 ? 时? ? 若保温层外 壁面处在 自然对流的空气中 , 一般指在室内 , 则 ?大卡? 米 “ 时 ?为空气 自然对 流并考虑热辐射的总给 热系 数 。 对于 空 气 在平壁保温层外 , 当杯 。? ? ? ?时 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。? 一? ? 对于稳定传热 , ? ? 丫 ? 了 , 并将式? ?代 入式? , 即得 ? 由于 ? ? 仅 取决于 二 , 故使计算比较简 单 , 根据 ? ? 了 ? 丫 , 即得 ? ?一? ,。? 肖 。 ? ? ? ? ? 一? 元 。 展开 上式并
6、移 项整理 得 ? ?舀。 ,? 业 ?士豆 ? ?任 ? ? 。? ? 一 琦一 竺一 乙? ? ? 圆管?或圆筒?保温 层如 图 ?所 示 。 写 灸一 ? ?。 “?“ ?一 ? “? ? 一? 凡 。 展开上式并移项 整理 得 ? 。 。?会才? ? 卜 ? ?一。 ?之 一 ? ? 昌 占 。 ? ? ? 。 。 ?矛 ?一 “ 才 ?, 苗 一 “ ?一 ” ? 式? ?可用一元 二次方程公式 法求解 , 即 ? ?矛 无 ? ? ? ? ? ? 、 ? ? 式 中 ? 。一 。 。 ? 咬 手 ? 岁岁岁 。一? ? 一 。 ? ?, ,? 会 ? 一 ? 。?,? 一 ? ?才
7、 了? ? 令 一才? 。 所以得 ? ?、 ? 一?土 寸 护 一 如 ? ?口 ? 。 一 丸 一 也 才 ? 一 一 若保温层外壁面处在强 制对 流 的空气中 , 一般指在室外 , 则其总给热系数 ? ? ?大卡 ? 米 “ 时 ?应按空气沿粗糙面 强制对 流并考虑热辐 射进行计算 , 即 ? 当空气流速 二镇?米? 秒?时? 已知条件 ? ? ? 选 定某 种保温材料注? , 查得其导热系 只 。 ?大 卡? 米 时 ? ? ? ? ? 为 圆管?或 圆筒?的外径 , 设保温层 的厚度 为? 。, 则保 温层 的外径? 。? ? 。、 ? 。? ?设 保温层?了?壁面温 度 才 。?
8、岛? , 。? 刘? ,?。 这样 , 通过 圆管?或圆简?保温层的热损夫 可 用以下二 式表示 , 即 ? 才 ,。? ? ?汀元 。 ? ?一 ? , 。 ?大 一?刁米 时? ? 叽 ? ? ? ? ? ? 口 ? 一 ? ? 一?。 过 旦 ?汀之 。 ? ? ? 当空气流速 二?米?秒?时? ? ?二 ? ? ?山。 ? ? 衅 ? 吸二? 。? ? ,?一 ? ? ? ? ?大 卡?米 时?的 此 处 ? ? 亦为 总给热系数 , 若圆管?或 圆筒?保温 层外壁面处于自然对 流的空气中 , 则 当 ?。? ? ?时? ?二 ? ? ? ? ? ? ? ? ? , ,? 一? ? 对
9、于稳定传热 , ? ,? 试 二 衅 , 并将式? ?代 入式? , 即得 ? ?一? ? 牡 ? 二 ?汀之 。 一? ? ? 仁? ? ? ? ? ? ? ? ?才 ,。? 一? ?才 ? ? 一? ? 将上式展 开并移项整 理得 ? “ ? ? 去 一 ? 士 才 ? ? 卜 ? 一。 ?。才 之? 六 会? ? ? ? ?。 ? ?才 、 一。 ? ? ? ? ? ? 的金? , 算值代入式 ?和式? ? 分 别计算热损失 ? 及 了?大卡? 米 “ 时? ? 对 于 圆管?或 圆筒?保 温 层 , 可将与 ? 的计算值代入式?和 式? ?分 别计算热损失试 及衅?大卡?米 , 时?
10、。 在热损 失计算时 , 若丫、丫 或 二叮 , 则 可认为其计 算结 果是正确 的 , 否则应仔细查看 , 找出错算 之处 , 并及时 改正 。 例题某车间 蒸汽管路的 外 径? ? ? ? ? ?毫 米? , 输 送表压 力为 ?公斤?厘 米“?的饱和 水 蒸汽 , 周 围空气的平 均温度为 ? ? ) , 现 拟 选 用厚度舀 。二 5 0 (毫米)的碳酸镁 石棉泥管 制 品作保温 材 料 , 已知 其导热系数几 。= 0 . 0 8 (大 卡 /米 , 时 ).求管 路热损 失g , g 解按题意得知饱和 水蒸汽的绝 对压力 为 : 户。 二 7 + 1 = 8 (公 斤/厘米 2)
11、查饱和水蒸汽表(以压力 为 准)得蒸汽温度 为 : tz , = t 。、 = 1 6 9 . 6 (o C) 保 温层 外径 d 3= d :+ Zd。 = 54 + 2 义 5 0 = 1 5 4 (毫 米) 应用本文 式(13)计算t , 。3, 即: n口 一一 1. . . J 旦二 ;。 立 _;_ 2元 。 “ d : 式(12 ) 的求解 亦可 用一元二次方 程公式 法 , 即 : a。t 无 3十 b 。t, 。3 十 e。= 0 式中:a 0 二 。 0 4 5 去 l n 瓮 ; “ 。= (8 一。 。9 乙 2 ) 众 若 : 一 c。= (0 . 045 t孔一8
12、. It , 2 ) 这样就得: 公_ 1 。 姚 一 , , . 2义 。 d : ,一_二兰垦生、夕1 1三 I 巫 亚(23) 艺2 0 若圆管(或圆筒)保温层外壁 面处 于强制对 流的空气甲 , 其总给热系数 a:亦可按 空气流速 的大 小用式(6 )或式(7 )进行计算 , 这样根据 , 、 。3 一 丝逆会甲亚 。一 。 。4 5 升 , 瓮 二 。 ” 50 . 1 5 4 2又0 . 0 8 1 5 4 X In一丽 一 = U U4勺又1 UU, = U 。4 0 4 叭 二 ( l解 , 即得 艺21一了 。 。 n= 。 8 .1 一。.。 9才 ,。 层华 ,。 率 +
13、: 乙 儿。以2 二a :汀 d 3 (t化 。一 t,2) = ( 8 . 1 一0 . 0 9 火 1 5) K 1 . 0 0 9 十 1 二 6 . 8 1十1 = 7 . 8 1 立 叭 _ 刃 2汀之 将上式 展开并 移项整理得 : 。一 。.0 4 5 2,: 一 8 1才 22) 介 d3 I 一刁 奋 一“ 端 “ 。n 。 3一 _ a 。 .二 d 。 1 + 石 厂d , I n 下 立 凡。 一 a Z ( 14 ) = ( 0 . 045 ( 15 “一 8 . 1 义 1 5) K 1 . 0 0 9 一 1 6 9 . 6 二一 l l l . 3 7 7 X
14、I . 0 0 9一1 6 9 . 6 =一 2 8 1 . 9 8 么 一 姚 最后说明一下 , 对于平壁保温层 , 可 将t。 将 a。、 b 。、 c。 的计算值代入式(13 )得: 一 3 一 , 二。= 二呈 i翌 丝选全 . 812一4 义 0 . 0 4 5 4 x ( 一2 8 1 . 9 8) 一 7 . 8 1士 1 0 .5 9 2 义 0 . 0 4 5 40 . 0 9 0 8 九 。 二 二见 几 然喜 于 碧少2 一 3。.6 2 。) U.UUU6 ( 一合理 , 可用) 一7 . 8 1一1 0 . 5 9 0 . 0 9 0 8 一2 0 2 . 6 4(
15、o C )(不 合理. 舍去) 计算热损失: 有效地增加热阻 , 以达到减少热损尖的目的 , 则要求圆管 (残 圆筒)的外径d: ,必须等于成大于 临只直径d剑 , 即: tzx一t , 。 169 . 6 一3 0 . 6 2 l 2 兀几。 = 66 . 66 1 54 In一下二下下- 勺4 2又 n 山) d切一石丁 2汀 x0 . 0 8 (大卡/米 时) 移项得 : _a, d 。 凡“乓一 至 一 叭 一 么 n 月.立 a :二 8 . 1 + 0 . 0 4 5(Z , 。: 一tzZ)= 8 . 1+0 . 0 4 5 x (3 0 . 6 2 一1 5)= 8 . 8 (大卡/米2 时 ) 若假定总给热系数 aZ一1 0 (大卡/米 , 时 ) , 并代人上式 , 侧 得: 几镇5叭 口梦= a:二d 3 (t。 。一 t,:) = 8 . 5 火二 x 0 . 2 5 4 X (3 0 . 6 2一1 5) = 6 6 . 5(大卡/米 时 . ) 由此可见 , 只有在乍 数较小的深温材料 显然 , 、衅
