节能和环保是实现国民经济可持续发展的关键。保温被称为第五能源,提高保温技术水平是企业节能、降耗增益的有效途径。目前研究以单层圆管优化设计居多,尚未见方管保温计算相关报道。本论文分析并建立了方管和圆管完整的双层保温传热数学模型,并用数值仿真的方法对管道保温结构进行了优化设计。研究内容及结论如下:(1)采用有限差分法和焓降法相结合方法,综合考虑三维热传递、内外保温材料热导率随温度变化、管内表面综合传热热阻和管内介质物性参数为温度的函数,建立了完整的方管保温求解数学模型。研究表明:模拟结果与测试结果误差<2.1%,该模型能够为方管保温提供较精确温度场、散热损失设计计算。保温材料热导率随温度变化和管内壁传热热阻对短管管内介质出口温度的影响可以忽略;管长大于2.35km时管内介质出口温度计算要考虑保温层热导率随温度变化;忽略保温层热导率随温度变化的管外壁散热损失误差大于11%,表明管外壁散热损失和长管管内介质出口温度计算必须考虑保温层热导率随温度变化,但在计算精度要求不高情况下可忽略管内壁综合表面传热热阻。(2)在综合考虑单位表面散热损失、保温层外表面温度及管内流体介质沿程温降三者约束条件下,求解方管保温最佳内外经济保温层厚度。优化研究表明:保温材料价格和性能、热价和管内介质流速为最佳内外经济保温层厚度的主要决定因素;在不同约束条件下,存在不同的最佳内、外经济保温层厚度。单位面积散热损失、外表面最高温度随保温层厚度增加而降低,管内介质出口温度随保温层厚度增加而升高。(3)将Matlab 7.0图形绘制功能与VB 6.0界面开发功能结合,进行VB、Matlab和Excel混合编程,开发出一种适用于流体储运保温、工业炉窑排烟烟道保温及矩形工业炉窑保温使用的方管保温优化设计新软件,完成三维温度场分布、管内介质出口温度、散热损失和最佳内外保温层经济厚度优化设计。软件操作简便、适应性广、界面友好、运行稳定。(4)综合考虑二维热传递、内外保温材料热导率随温度变化、管内表面综合传热热阻和管内介质物性参数为温度的函数,建立完整的圆管保温求解数学模型。对比分析方管保温和处理为圆管保温当量直径求解的计算结果,结果比较表明:在其它条件不变情况下,管内热空气出口温度误差随管径增大而减小,则大内腔边长的方管保温计算可以简化为按内腔当量直径的圆管保温计算。