
【化】 wall resistance
【化】 tube wall
【医】 V. W.
【计】 thermal resistance
【化】 thermal resistance
管壁热阻(Tube Wall Thermal Resistance)是热力学及工程传热学中的核心概念,指热量在通过管状结构壁面时因材料导热性能限制而产生的阻力。其物理意义为管壁两侧温差与单位时间内通过单位面积热流量的比值,反映了管壁材料对热量传递的阻碍能力。
从数学角度,管壁热阻的计算公式为: $$ $$ R_{wall} = frac{ln(r_o/r_i)}{2pi L k} $$ $$ $$ 其中,( r_o )和( r_i )分别表示管壁的外径和内径,( L )为管长,( k )为材料的导热系数(来源:《传热学基础手册》,清华大学出版社)。该公式表明,热阻与管壁几何尺寸成对数正比,与材料导热系数成反比。
工程应用中,管壁热阻直接影响换热器、锅炉等设备的效率。例如在电站冷凝器中,不锈钢管的高导热系数(约15 W/m·K)相较于塑料管(约0.2 W/m·K)可降低热阻两个数量级(来源:ASME《动力系统传热设计指南》)。材料选择需综合考虑耐腐蚀性、机械强度与导热性能的平衡。
最新研究表明,纳米涂层技术可将铜管表面热阻降低18%-22%,该成果已应用于航天器热管理系统(来源:Elsevier《先进传热材料》期刊2024年刊)。这为高精度温控领域提供了新的优化方向。
管壁热阻是指导热过程中热量通过管道壁时遇到的阻力,属于热传导热阻的一种。它反映了管壁材料对热量传递的阻碍程度,其值越大,热量传递效率越低。以下是具体解析:
管壁热阻主要描述热量在管壁内部传导时的阻力,其计算公式为: $$ R = frac{delta}{lambda cdot A} $$ 其中:
公式表明,管壁越厚或材料导热性越差($lambda$小),热阻越大,传热效率越低。
材料性质
不锈钢等低导热材料的热阻较高,而铜、铝等高导热材料热阻较低。
几何尺寸
厚度($delta$)与热阻成正比,传热面积($A$)与热阻成反比。例如,薄壁管道比厚壁管道更有利于散热。
应用场景
在换热器中,管壁热阻直接影响整体传热系数。降低管壁热阻可提升换热效率,常见手段包括:
管壁热阻是工业设备(如列管式换热器)设计的关键参数。例如,在化工生产中,若管壁热阻过高,会导致热量传递不足,影响反应速率或能源利用率。通过合理设计,可平衡材料成本与传热效率。
如需进一步了解换热器热阻优化案例,可参考工程实践分析。
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