第2章导热的理论基础ppt课件.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2、导热微分方程的适用范围 1）适用于q不很高，而作用时间长。同时傅立叶定律也适用该条件。 2）若时间极短，而且热流密度极大时，则不适用。 3）若极底温度（-273℃）时的导热不适用。 3、第三类边界条件的转化 将第三类边界条件改写为： ① 若 ，必有 此时λ很小(λ→0)，表明材料的导热能力很差，向导热体内部传播的热量很少；h很大，h→∞，表面对流换热很强，那么固体表面温度非常接近周围流体的温度，流体温度已知，则固体表面温度已知。此时，转化为第一类边界条件。 ②若 ，必有 此时 ，很大，热量或温度向导热体内部传播很快，等温体。 h→0 ，很小，表面与流体几乎无热量交换， ，即绝热边界，此转化为第二类边界条件的特殊情况。 例题2-1：已知二维导热体某时刻的温度分布为： ，导热体内物性均为常数。问： 1)在无内热源的情况下，该导热是稳态的还是非稳态的? 2)如果在同一时刻测得温升速度(某处)为0.36℃/h，试计算材料的热扩散系数。 3)假定导热体中进行的导热过程是稳态的，那么其内热源强度为多少? * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 保温材料表明需要防水，铁皮、铝皮、油漆。 ④含水率 2、影响导热系数大小因素 小结： 隔热油管是注蒸汽（蒸汽吞吐和蒸汽驱）开发稠油所必需的，采用隔热油管的目的： 有效减少井筒热损失，提高井底蒸汽干度，提高注气效果 保护套管，防止因膨胀而引起套管的热应力破坏和油井的损坏(普通N-80型套管的极限安全温度为180℃) 对深井注汽来说尤为重要（15-16MPa、300-350℃的注汽参数） 3、隔热油管 从80年代开始，北京勘探开发研究院就开始研究井筒隔热技术，开始是引进国外产品，但价格非常昂贵(1985年美国的价格为300美元/米) 1985年我国就实现了隔热油管的国产化 目前辽河油田、胜利油田已开发出和国外同类产品相当的隔热油管，完全能够国内稠油开发的需要 发 展 隔热油管一般都是双层管：内管、外管和二者之间环空的保温材料，两端焊接而成 发生在隔热油管内的热量传递方式是导热、对流和辐射综合，因此衡量隔热油管性能的主要指标是视导热系数 显然，隔热油管的视导热系数越低，隔热性能越好 是最早工业化使用的隔热油管，是由内管、外管、保温层、波纹管等组成 早期保温层的材料是珍珠岩粉，后来又采用硅酸铝纤维并贴有铝箔 波纹管的作用是防止内、外管膨胀不均匀而造成的损坏 波纹管隔热油管按波纹管是与内管相连还是与外管相连可分为内、外波纹管隔热油管两种 这类隔热油管的视导热系数在0.1 W/(m. ℃)左右 1 波纹管隔热油管 波纹管隔热油管 由于高温内管比外管更容易膨胀，因此为了解决由于应力导致的油管损坏，将内管在受拉的状态下与外管在端部焊接在一起，这样可以抵消注汽时高温受热而产生的应力，从而起到保护管柱的作用 为了提高隔热效果，保温层采用的是硅酸铝纤维，再包以多层铝箔 视导热系数可达到0.06-0.08 W/(m·K) 2 预应力隔热油管 预应力隔热油管 现场应用的问题：使用过程中隔热油管的隔热性能越来越差 检测表明：隔热油管夹层内氢气和其它气体的存在是导致油管性能下降的原因，即所谓的“氢害” 氢气来自于高温水蒸汽对隔热油管的腐蚀 氢气分子较小，能穿过金属晶格进入隔热管夹层 氢的导热系数比较大 隔热油管的导热系数增加 测试表明： ——当隔热油管夹层内的氢气体积占20%时，其视导热系数可由0.062增加到0.115 W/(m·K) ——每使用一个注汽周期，环空内的含氢量会以4%的速度增加，导热系数以20%的速度增大 ——当含氢量达到80%时，导热系数可达0.383 W/(m·K) 必须采取有效措施消除的氢气影响 可采取的主要措施有： 采用抗腐蚀钢管 在内外表面涂防腐层或贴上防护铁皮 夹层内放置吸氢剂（最有效的方法），吸收有害气体。常用的吸氢剂包括钛、钛合金、锆、锆合金，它们能和氢气反应而消除氢气的影响 对深井和超深井的注蒸汽，采用常规的隔热油管已不能满足要求，为此人们研究开发了高真空隔热油管 高真空隔热油管在结构上采取了如下措施： 采用导热系数更小的玻璃棉网代替硅酸铝纤维 在内、外管表面及保温层表面贴上铝箔，以降低辐射的影响 将夹层抽成真空，尽量消