摘 要

真空绝热板（VIP）是一种性能极其优异的保温材料，VIP作为一种新型节能绝热材料，由于其独特的真空绝热原理，目前在建筑科学、保温保冷、冷柜、冰箱等方面应用比较广泛。在管道保温和管道运输的节能领域应用还比较少，对热力管网进行有效的保温能够极大限度地提高经济效益，同时可以节约资源，提高能源的利用效率。

本文将对其在热力供热管线的保温性能进行研究。通过控制变量法，将真空绝热保温材料与其他常见保温材料的保温效果进行模拟分析，同时，通过改变不同厚度的真空绝热材料（VIP）的搭接缝宽度，对其热场特性进行模拟分析。采用实地实验和软件模拟相结合的方法对真空绝热保温材料的保温性能进行研究。同时，对保温层厚度相同的两种保温结构也进行了实验测试和模拟分析。结果表明：

（1）真空绝热保温材料相比于传统保温材料其保温性能极其优秀，真空绝热板保温层外侧的温度为34.8℃，而玻璃棉的温度为181℃，硅酸铝纤维的温度则为200℃；

（2）保温层的搭接缝在宽度比较小的时候对整个热力管线的保温层平均温度影响不大，但随着宽度的增加，其影响会随之增大；

（3）采用双层真空绝热板保温结构能够有效地减少搭接缝对整个热力管线保温层平均温度的影响。

关键词：真空绝热保温材料；管道传热；管道保温；数值模拟。

Research on insulation characteristics of thermal pipe network based on vacuum insulation material

ABSTRACT

Vacuum insulation board (VIP) is a kind of insulation material with excellent performance. As a new energy-saving insulation material, VIP is widely used in building science, insulation and cooling, refrigerator, refrigerator and other aspects due to its unique vacuum insulation principle. In the field of energy conservation of pipeline insulation and pipeline transportation, the effective insulation of thermal pipe network can greatly improve economic benefits, and can save resources, improve the efficiency of energy utilization.

This paper will study its thermal insulation performance in heating pipelines. Through the control variable method, the insulation effect of vacuum insulation material and other common insulation materials was simulated and analyzed. Meanwhile, the lap joint width of vacuum insulation material (VIP) with different thickness was simulated and analyzed by changing its lap joint width. The insulation performance of vacuum insulation materials was studied by means of field experiment and software simulation. At the same time, two insulation structures with the same thickness of insulation layer are tested and simulated. The results show that:

(1) Vacuum insulation materials have excellent insulation performance compared with traditional insulation materials. The temperature outside the insulation layer of vacuum insulation board is 34.8℃, the temperature of glass wool is 181℃, and the temperature of aluminum silicate fiber is 200℃;

(2) The lap joints of insulation layer have little influence on the average temperature of the insulation layer of the whole thermal pipeline when the width is small, but the influence will increase with the increase of the width;

(3) Adopting double-layer vacuum insulation board insulation structure can effectively reduce the impact of lap joints on the average temperature of insulation layer of the whole thermal pipe.

Keywords: Vacuum insulation material (VIP); Pipe heat transfer; Pipe insulation; The numerical simulation.

目录

摘 要 I

英文摘要 II

第一章 绪论 1

1.1背景与意义 1

1.2 国内外管道保温材料简述 2

1.2.1碳酸铝纤维 2

1.2.2岩棉矿渣棉 2

1.2.3玻璃棉 3

1.2.4耐火纤维 3

1.2.5硅酸钙 3

1.2.6石棉绝热制品 3

1.2.7泡沫玻璃制品 4

1.2.8聚氨酯(polyurethane)泡沫塑料 4

1.2.9复合硅酸盐绝热涂料 4

1.2.10真空绝热材料（VIP） 4

1.3真空绝热保温材料（VIP）的研究现状 5

1.3.1真空绝热板的隔热原理 5

1.3.2真空绝热板（VIP）的材料选择 6

1.3.3真空绝热板的最新研究现状 7

1.4本文的研究对象及主要研究内容 8

第二章 材料制备及性能表征 10

2.1材料准备 10

2.1.1原料 10

2.1.2 制备流程 11

2.2 测试表征 13

2.2.1 扫描电镜观察 13

2.2.2 导热系数测试 13

2.2.3 管道表面温度测试 13

2.3模拟软件介绍 14

2.3.1计算流体力学的一般工作步骤 14

2.3.2 fluent软件介绍 14

2.3.3 fluent求解问题的一般步骤 15

第三章 不同保温结构模拟及试验结果分析 16

3.1模拟工况与实际工况 16

3.1.1模拟工况 16

3.1.2实际工况模拟（有搭接缝） 17

3.2相关材料的物性参数的设置 18

3.2.1原油的相关参数设置 18

3.2.2钢管、保温层的相关物性参数 18

3.2.3管道环境的相关材料参数 19

3.3建立物理模型 19

3.4不同保温结构模拟 21

3.4.1不同保温材料的模拟结果 21

3.4.2实际工况下（即有搭接缝）VIP保温材料的模拟结果 23

3.4.3实际工况下（即有搭接缝）双层VIP保温材料的模拟结果 25

3.5 实际管道试验结果 28

3.5.1硅酸铝和玻璃棉叠层保温管道实验 28

3.5.2圆筒形真空绝热板 28

3.5.3VIP真空绝热板实际管道保温实验 29

3.6成本估算 30

第四章 结论与展望 31

4.1结论 31

4.2展望 32

参考文献 33

致 谢 36

第一章 绪论

1.1背景与意义

在这个日新月异全球经济高速发展的时代，自然资源的短缺已然成为一个突出的社会问题。进入21世纪以来，我国的能源产业面临着巨大的挑战，制约我国国民经济发展的重要制约因素之一就是能源的短缺问题。实现国家经济可持续发展的关键是节能和环保。管道是世界五大运输方式之一，其在输送液体、气体物质等方面具有很大的优势。世界上被公认传输能力最为安全经济的方法就是管道运输，在供热管道输送热媒介质的过程中，减少供热管线的热损失是提高整个供热系统效率的关键因素之一。随着供热面积的不断增大，对于供热系统中的管道、设备等进行保温成为了减少热损失的关键问题，所以研究供热系统中管道和设备等的保温性能将具有重要意义^[1]。

随着我国现代化程度的不断提高，我国的供热管道保温技术实现了突破性的发展，供热管道的保温问题引起了很大的重视，很多专家在保温材料，保温结构选择，保温层厚度优化等方面做了很多的研究与实验，取得了很大的成果。传统的保温材料已经不能满足时代的要求，研究新型的热力管线保温材料已经成为了时代的需求。

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