空心圓柱蓄熱體充填蓄熱室動(dòng)態(tài)傳熱與氣體流動(dòng)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(jiǎn)稱HTAC)，是20世紀(jì)90年代以來各國(guó)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(yù)為21世紀(jì)關(guān)鍵技術(shù)之一，在國(guó)內(nèi)外有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本文簡(jiǎn)述了HTAC技術(shù)的原理、特點(diǎn)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(duì)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(diǎn)研究。通過對(duì)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(dòng)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(gè)蓄熱室內(nèi)的蓄熱換熱過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的三維非穩(wěn)態(tài)綜合傳熱過程，且受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備、檢測(cè)手段等的限制利用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究的方法來研究這一問題將會(huì)非常困難，所以本

3、文應(yīng)用數(shù)值模擬方法，根據(jù)實(shí)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(dòng)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(duì)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(shí)間、氣體流速、蓄熱室尺寸等相關(guān)因素對(duì)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(dòng)特性。通過蓄熱室

4、啟動(dòng)過程分析，觀察蓄熱室從啟動(dòng)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(jì)換向時(shí)間的方法。為了得到蓄熱體段良好的溫度場(chǎng)與流場(chǎng)分布，優(yōu)化了蓄熱室結(jié)構(gòu)，對(duì)不同漸變段角度的蓄熱室模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，給出其反映溫度場(chǎng)及流場(chǎng)諸多現(xiàn)象的可視化結(jié)果。
　　 三、研究由單個(gè)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(dòng)態(tài)傳熱和氣體流動(dòng)特性。對(duì)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(duì)比分析了YC(圓柱形錯(cuò)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(chǎng)與流場(chǎng)分布，得出FZ的綜合性能較優(yōu)，給出了接近實(shí)際應(yīng)用情況的FZ微型蓄熱室蓄熱換熱動(dòng)態(tài)變化過程及速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)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(shí)際相符。
　　 本文根據(jù)蓄熱體堆積方式、蓄熱室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(shí)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