空心圓柱蓄熱體充填蓄熱室動態(tài)傳熱與氣體流動特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、高溫空氣燃燒技術(shù)(High Temperature Air Combustion，簡稱HTAC)，是20世紀(jì)90年代以來各國開始普遍推廣應(yīng)用的一種全新燃燒技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)余熱資源的深度回收和燃燒廢氣的低NOx排放，被譽為21世紀(jì)關(guān)鍵技術(shù)之一，在國內(nèi)外有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本文簡述了HTAC技術(shù)的原理、特點及發(fā)展應(yīng)用情況，介紹了HTAC的關(guān)鍵技術(shù)之一蓄熱技術(shù)的發(fā)展情況和研究現(xiàn)狀。針對蓄熱技術(shù)中的關(guān)鍵部件——蓄熱體的蓄熱換熱性能

2、，作了重點研究。通過對比目前常用蓄熱體的性能，提出將拉西環(huán)作為蓄熱元件用于蓄熱室的技術(shù)構(gòu)想，探索拉西環(huán)蓄熱室的蓄熱換熱規(guī)律及氣體流動特性。并考慮到拉西環(huán)為高徑比為1的空心圓柱，其自身尺寸的不靈活限制，在研究及建模過程中，逐步將拉西環(huán)考慮為一般意義上的空心圓柱。
　　 由于整個蓄熱室內(nèi)的蓄熱換熱過程是一個相當(dāng)復(fù)雜的三維非穩(wěn)態(tài)綜合傳熱過程，且受到實驗設(shè)備、檢測手段等的限制利用理論分析和實驗研究的方法來研究這一問題將會非常困難，所以本

3、文應(yīng)用數(shù)值模擬方法，根據(jù)實際應(yīng)用情況建立不同模型，完成不同工況下蓄熱室傳熱與氣體流動特性的模擬研究。主要研究工作如下：
　　 一、從散堆拉西環(huán)蓄熱室的宏觀傳熱入手，建立薄壁模型，對散堆拉西環(huán)蓄熱室的熱工特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究，分析了換向時間、氣體流速、蓄熱室尺寸等相關(guān)因素對溫度分布、熱回收率的影響規(guī)律。
　　 二、根據(jù)散堆拉西環(huán)蓄熱室床層特征，構(gòu)建多孔介質(zhì)模型，模擬了散堆拉西環(huán)蓄熱室三維非穩(wěn)態(tài)傳熱與氣體流動特性。通過蓄熱室

4、啟動過程分析，觀察蓄熱室從啟動到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)的過程，并提出一種預(yù)估最佳經(jīng)濟換向時間的方法。為了得到蓄熱體段良好的溫度場與流場分布，優(yōu)化了蓄熱室結(jié)構(gòu)，對不同漸變段角度的蓄熱室模擬結(jié)果進(jìn)行了對比分析，給出其反映溫度場及流場諸多現(xiàn)象的可視化結(jié)果。
　　 三、研究由單個拉西環(huán)到集成整砌空心圓柱蓄熱室在蓄熱換熱過程中的動態(tài)傳熱和氣體流動特性。對集成整砌空心圓柱蓄熱室的四種工況進(jìn)行建模研究，逐步優(yōu)化物理模型。對比分析了YC(圓柱形錯砌空心

5、圓柱蓄熱室)與FZ(立方形正砌空心圓柱蓄熱室)的溫度場與流場分布，得出FZ的綜合性能較優(yōu)，給出了接近實際應(yīng)用情況的FZ微型蓄熱室蓄熱換熱動態(tài)變化過程及速度場、壓力場分布的可視化結(jié)果。模擬結(jié)果顯示的蓄熱體因溫度分布不均而易熱震損壞的情況，與實際相符。
　　 本文根據(jù)蓄熱體堆積方式、蓄熱室結(jié)構(gòu)特點建立的幾種不同模型及其解法，為蓄熱室相關(guān)的數(shù)值模擬提供了不同的研究思路。模擬結(jié)果與實際物理現(xiàn)象或應(yīng)用情況較為相符，所建模型具有一定的可信度