環境風速對管道絕熱效果影響的數值模擬和研究

周亮，蘇苗印

（杭州杭氧化醫工程有限公司，杭州 310014）

石油、化工、冶金及發電生產過程中，控制物料溫度穩定和減少介質熱耗損失是保證設備和管道安全運行的基本條件，也是節能降耗和改善勞動條件的基本要求。工程上廣泛使用絕熱材料設置成絕熱結構，黏結或捆扎在管道壁面外側，以減少管道因熱傳導產生的熱損失[1-2]。按工藝介質的熱流類型分類，保溫和保冷統稱絕熱，絕熱結構從里到外依次為絕熱層、防潮層、保護層，組成一個結構綜合體，如圖1所示。影響管道絕熱效果的主要因素有介質溫度、管道外徑、絕熱材料、絕熱厚度、環境條件等，其中環境條件包括環境溫度、環境風速、環境含水等[3]。

圖1 管道絕熱結構示意圖Fig.1 Diagram of pipe insulation structure

一直以來，由于環境空氣繞管道外圓柱體流動很復雜，絕熱結構外表面的放熱系數為一個較難精準求解的綜合系數，多數靠經驗方法估算或實驗方法測量。因此，多數研究者重點關注絕熱材料和保溫層厚度的研究，很少開展針對外部條件和管道保溫性能的研究[4-5]。本文以熱力管道為研究對象，建立不同環境風速下的管道傳熱流固耦合模型，采用數值模擬方法求解模型溫度場分布，重點研究環境風速對管道散熱的影響效果，分析結果可為管道絕熱設計提供一定依據。

1 數學模型

1.1 管道絕熱結構模型

在管道絕熱層熱力計算時，需要忽略一些對計算影響不大的傳熱阻，從而簡化傳熱計算過程，主要包括：管道內表面和介質對流換熱系數很大，可忽略管內流體與管道內表面的對流熱阻；……