问答题
某厂由于生产需要，将冷却水以20×103～25×103kg/h的质量流量向距离3km的车间供应，供水管道外直径为160mm。为防止冬天水在管道内结冰，在管道外包裹导热系数λ=0.12W/(m·K) 的沥青蛭石管壳。保温层复合换热表面的传热系数h0=35W/(m2·K) 。该厂室外空气温度达-15℃，此时水泵的出口水的温度为4℃。试确定为使冷却水不结冰的最小保温层厚度。忽略管壁热阻及管内水的对流换热热阻。
【正确答案】本题属导热和复合换热的热阻分析问题。先由管内水确定换热量，然后按热阻条件确定绝热层厚度，最小绝热层厚度发生在管道出口水温降至0℃的时刻，且此时水的质量流量最低(20×103kg/h) 。
水由4℃降至冰点时的放热量：
定性温度
对应水的定压比热容
考虑到忽略管壁热阻及管内对流热阻，因而保温层内壁温度近似为水的平均温度，即twi=20℃。
从保温层内壁温twi到外部空气温度tf=-15℃，中间有保温层的导热热阻及空气侧复合换热热阻，即：
而d0=di+2δ，δ为保温层厚度。
即：
水由4℃降至冰点时的放热量：
定性温度
对应水的定压比热容
考虑到忽略管壁热阻及管内对流热阻，因而保温层内壁温度近似为水的平均温度，即twi=20℃。
从保温层内壁温twi到外部空气温度tf=-15℃，中间有保温层的导热热阻及空气侧复合换热热阻，即：
而d0=di+2δ，δ为保温层厚度。
即：
【答案解析】