管道保溫結構的優(yōu)化設計研究.pdf

1、節(jié)能和環(huán)保是實現(xiàn)國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的關鍵。保溫被稱為第五能源，提高保溫技術水平是企業(yè)節(jié)能、降耗增益的有效途徑。目前研究以單層圓管優(yōu)化設計居多，尚未見方管保溫計算相關報道。本論文分析并建立了方管和圓管完整的雙層保溫傳熱數(shù)學模型，并用數(shù)值仿真的方法對管道保溫結構進行了優(yōu)化設計。
　　 研究內容及結論如下：
　　 (1)采用有限差分法和焓降法相結合方法，綜合考慮三維熱傳遞、內外保溫材料熱導率隨溫度變化、管內表面綜合傳熱熱阻和管

2、內介質物性參數(shù)為溫度的函數(shù)，建立了完整的方管保溫求解數(shù)學模型。研究表明：模擬結果與測試結果誤差＜2.1％，該模型能夠為方管保溫提供較精確溫度場、散熱損失設計計算。保溫材料熱導率隨溫度變化和管內壁傳熱熱阻對短管管內介質出口溫度的影響可以忽略；管長大于2.35km時管內介質出口溫度計算要考慮保溫層熱導率隨溫度變化；忽略保溫層熱導率隨溫度變化的管外壁散熱損失誤差大于11％，表明管外壁散熱損失和長管管內介質出口溫度計算必須考慮保溫層熱導率隨溫度

3、變化，但在計算精度要求不高情況下可忽略管內壁綜合表面?zhèn)鳠釤嶙琛?br>　　 (2)在綜合考慮單位表面散熱損失、保溫層外表面溫度及管內流體介質沿程溫降三者約束條件下，求解方管保溫最佳內外經(jīng)濟保溫層厚度。優(yōu)化研究表明：保溫材料價格和性能、熱價和管內介質流速為最佳內外經(jīng)濟保溫層厚度的主要決定因素；在不同約束條件下，存在不同的最佳內、外經(jīng)濟保溫層厚度。單位面積散熱損失、外表面最高溫度隨保溫層厚度增加而降低，管內介質出口溫度隨保溫層厚度增加而升

4、高。
　　 (3)將Matlab7.0圖形繪制功能與VB6.0界面開發(fā)功能結合，進行VB、Matlab和Excel混合編程，開發(fā)出一種適用于流體儲運保溫、工業(yè)爐窯排煙煙道保溫及矩形工業(yè)爐窯保溫使用的方管保溫優(yōu)化設計新軟件，完成三維溫度場分布、管內介質出口溫度、散熱損失和最佳內外保溫層經(jīng)濟厚度優(yōu)化設計。軟件操作簡便、適應性廣、界面友好、運行穩(wěn)定。
　　 (4)綜合考慮二維熱傳遞、內外保溫材料熱導率隨溫度變化、管內表面綜合傳