18 第三节 热传导阻隔与包装储存期

一热传导阻隔包装与导热定律热传导阻隔包装也叫阻热包装，就是采取一定的防护措施，以减少包装内部与外界的热传导，使被包装物品在规定的时间内，仍保持原来的状态和性质。1第三节热传导阻隔与包装储存期热量自发地从高温传向低温的过程为热传导。图示为一块面积为A、厚度为x=l的平板两侧，有维持均与恒定的温度T1和T2（k）。单位面积在单位时间内从表面2传导到表面1的热量称为热通量，它与温度梯度dT/dx成正比，既与温差成正比，与厚度成反比。这就是导热基本定律，也叫傅里叶导热定律。式中，是比例常数，称为导热系数，单位为lTT)(12111KcmhJ（13-17）导热系数的倒数叫做阻热系数R，单位为两者关系式：1JKcmh1R阻热系数R反映了材料阻热能力的大小。由于阻热包装的阻热层是由多种材料组成，综合考虑各阻热材料的阻热系数和厚度，则有总阻热系数Ro。Ro由以下部分组成：)(12443322110JKcmhlRlRlRlRlRRii122232.0JKcmhlRR1是主要阻热材料的阻热系数，L1是它的厚度；R2是包装内部空气的阻热系数，空气是静止的，一般取R3是包装外部空气的阻热系数，空气是流动的，一般取R4是外包装瓦楞纸板地阻热系数，L4是它的厚度；;08.01233JKcmhlR瓦楞纸板的厚度取决于瓦楞纸板的层数和楞型组合楞型纸板厚度楞型纸板厚度楞型纸板厚度A5.3AA10.4AB8.1B3.3BB6.1AC9.4C4.3CC8.4BC7.5单位mm二阻热包装设计与计算1包装物品储存温度不随时间变化的阻热包装(稳态导热)在传热过程中有关系式：9AtQ因此由式（13-17）有：)(120TTARQt（13-18）相关概念：冰块从固体变为液体，只有相态的变化，而没有温度的变化，所吸收的热量叫做潜热。（图13-9中A-B段）比热容(specificheatcapacity)又称比热容量(specificheat)，简称比热容，是单位质量物质的热容量，即是单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。通常用符号c表示。11例13-9P271)(120TTARQt分析：已知：Q，T1、T2，算出面积A,只需再计算出R0就可以求出时间。t解：（1）求R0①由题意可得储运箱体所处的平均温度为（293K+273K）/2=283K（10℃）。按表10-2，用拉格朗日插值法查得发泡聚苯乙烯材料密度0.032kg/dm3在283K时阻热系数1188.0JKcmhR则有：121152.3488.0JKcmhlR②从表13-8查得瓦楞纸板的阻热系数为0.53hcmKJ-1;设采用BC型五层瓦楞纸板，则纸板厚度为0.75cm，则：75.053.044lR;39.012JKcmh又：包装内空气阻热系数：包装外部空气阻热系数：;08.01233JKcmhlR122232.0JKcmhlR所以：iilRR052.332.008.039.0)(31.412JKcmh（2）已知冰的潜热为333kJ·kg-1，冰块重4.5kg，（3）已知T1=273K;T2=293K;（4）正方体面积为：A=40cm×40cm×6=9600cm2；JkgkgJQ14985005.43330001将有关数据代入式（10-2）：)(120TTARQt)273293(960031.41498500212KKcmJKcmhJh33例题13-10厚度增加，R0变，其它不变。解：解：（1）求R0①由题意可得储运箱体所处的平均温度为（293K+273K）/2=283K（10℃）。按表10-2，用拉格朗日插值法查得发泡聚苯乙烯材料密度0.032kg/dm3在283K时阻热系数1188.0JKcmhR则有：12114.4588.0JKcmhlR②从表13-8查得瓦楞纸板的阻热系数为0.53hcmKJ-1;设采用BC型五层瓦楞纸板，则纸板厚度为0.75cm，则：75.053.044lR;39.012JKcmh又：包装内空气阻热系数：包装外部空气阻热系数：;08.01233JKcmhlR122232.0JKcmhlRiilRR04.432.008.039.0)(19.512JKcmh（2）已知冰的潜热为333kJ·kg-1，冰块重4.5kg，（3）已知T1=273K;T2=293K;（4）正方体面积为：A=40cm×40cm×6=9600cm2；JkgkgJQ14985005.43330001将有关数据代入式（13-18）：)(120TTARQt)273293(960019.51498500212KKcmJKcmhJh40由此可见，当阻热材料增加时，储存期延长。例题13-11，冰块增加，其它条件不变。解：（1）求R0①由题意可得储运箱体所处的平均温度为（293K+273K）/2=283K（10℃）。按表13-9，用拉格朗日插值法查得发泡聚苯乙烯材料密度0.032kg/dm3在283K时阻热系数1188.0JKcmhR则有：12114.4588.0JKcmhlR②从表13-8查得瓦楞纸板的阻热系数为0.53hcmKJ-1;设采用BC型五层瓦楞纸板，则纸板厚度为0.75cm，则：75.053.044lR;39.012JKcmh又：包装内空气阻热系数：包装外部空气阻热系数：;08.01233JKcmhlR122232.0JKcmhlRiilRR04.432.008.039.0)(19.512JKcmh（2）已知冰的潜热为333kJ·kg-1，冰块重9kg，（3）已知T1=273K;T2=293K;（4）正方体面积为：A=40cm×40cm×6=9600cm2；JkgkgJQ299700093330001将有关数据代入式（13-8）：)(120TTARQt)273293(960019.52997000212KKcmJKcmhJh81由此可见，当冰块增加时，储存期延长。d32包装物品储存温度随时间变化的阻热包装(非稳态导热)外界环境温度T2物品起始温度T1经时间dT到达T1，即T1介于T0和T2之间物品根据能量守恒定律，单位时间内物品吸收的能量等于其热力学的变化，即：VcdTdtTTkA)(12即：dtdTVcTTkA)(12引入过余温度21TT代入上式并分离变量dtVckAd两边积分：dtVckAdt00得：VckAt0ln质量,VW01Rk代入上式得：02021lnWcRAtTTTT整理得：21200lnTTTTAWcRt式（13-19）例题13-12P273页21200lnTTTTAWcRt分析：解：（1）求R0①从已知条件确定物品的平均温度应为（353K+313K）/2=333K（60℃）则发泡聚苯乙烯的平均温度应为：（333K+283K）/2=308K（35℃）按表13-9，用拉格朗日插值法查得发泡聚苯乙烯材料密度0.032kg/dm3在283K时阻热系数1177.0JKcmhR则有：121185.3577.0JKcmhlR因发泡聚苯乙烯裹包着铁桶，中间没有空气阻隔，也没有瓦楞纸板，因此有：;044lR022lR包装外部空气阻热系数：;08.01233JKcmhlR则总阻热系数为：12093.3008.085.3JKcmhlRRii（2）已知铁桶和液体共重225kg，（3）已知T0=353K,T1=313K;T2=283K;（4）发泡聚苯乙烯裹包表面积为：)10060(2)30(2cmcmcmA222450548.24504cmcm（5）又已知液体的比热容为c=3760Jkg-1K-1将有关数据代入式（13-19）：KKKKcmJKcmhKkgJkg283313283353ln2450593.3376022521211h96.114d5.421200lnTTTTAWcRt作业：1、设有如图13-7(a)所示结构形式的阻热包装箱，外层瓦楞纸箱为五层BC型，采用发泡聚苯乙烯阻热材料，其密度为0.016kg/dm3,厚度为5cm,内腔呈正六面形，边长为45cm，在273K时放入物品，并置5kg冰块与之同时储存，问在外界温度为40℃时，使包装内物品保持在273K，能储存多久？2、设有容积为15cm×7.5cm×7.5cm的发泡聚苯乙烯箱体在283K时装入1kg液态氮，其比热容为3740Jkg-1K-1，物品在278K环境中运输，已知发泡聚苯乙烯密度为0.032kg/dm3,厚度为5cm，当温度达到258K时，液氮稳定性变差，问能储存多久？