[发明专利]用于空心砖型蓄热式加热器的蓄热阵换热设计方法

摘要

本发明公开了用于空心砖型蓄热式加热器的蓄热阵换热设计方法，包括建立蓄热阵的一维换热分析模型，将多个换热通道的蓄热阵简化为当量流通面积圆管模型；推导一维换热的控制方程与定解条件；构建控制方程的差分格式；求解蓄热阵和气体的温度分布；给定蓄热阵的热力学参数和工作条件，求解蓄热阵以及气体在不同的几何参数时的温度分布，以对比分析蓄热阵在不同的几何参数下的换热性能，进而确定出具备所须换热性能的蓄热阵的布局。本发明简便实用，仅需按照预定的步骤，代入蓄热阵的热力学参数、工作条件参数及几何参数，在几秒内即可获得一组参数对应的蓄热阵的换热性能。对比不同几何参数对应的蓄热阵换热性能，即可筛选出较佳的几何布局方案。

主权项

用于空心砖型蓄热式加热器的蓄热阵换热设计方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤一、建立空心砖型蓄热式加热器的蓄热阵的一维换热分析模型，将具有多个换热通道的蓄热阵简化为当量流通面积圆管模型；步骤二、推导一维换热的控制方程与定解条件，控制方程为定解条件为其中，θ(x,τ)、T(x,τ)分别为蓄热阵的温度和气体的温度，x、τ分别为轴向位置和运行时间，η、d分别为蓄热阵的孔隙率和单个换热通道的直径，ρb、Cb分别为蓄热阵材料的密度和比热，Cp为气体的定压比热，h为对流换热系数，Tin为入口处气体温度，为起始时刻蓄热阵的轴向温度分布，当量流通面积圆管的流通面积A＝M/(ρU)，ρ、U和M分别为该当量流通面积圆管内气体的密度、流速和流量；步骤三、利用步骤二中的控制方程构建控制方程的差分格式，控制方程的差分格式由以下3个公式Eq.1、Eq.2和Eq.3组成，其中τ＝mΔτ，x＝pΔx，θm,p＝θ(mΔτ,pΔx)，Tm,p＝T(mΔτ,pΔx)：θm,p=E1+E(Tm,p+Tm-1,p)+1-E1+Eθm-1,pEq.1Tm,p=F1+F(θm,p+θm,p-1)+1-F1+FTm,p-1Eq.2θm,p=(1-E)(1+F)1+E+Fθm-1,p+E(1+F)1+E+FTm-1,p+E(1-F)1+E+FTm,p-1+EF1+E+Fθm,p-1Eq.3;]]>步骤四、利用步骤三的控制方程的差分格式求解蓄热阵和气体的温度分布，以蓄热阵的温度分布代表蓄热阵的换热性能，具体过程为：步骤(1)给定蓄热阵初始温度分布步骤(2)给定气体入口温度Tm,0＝Tin(p＝0)；步骤(3)由Eq.2知气体的初始温度分布T0,p=F1+F(θ0,p+θ0,p-1)+1-F1+FT0,p-1,(m=0);]]>步骤(4)由Eq.1确定蓄热阵温度分布θ1,0=E1+E(T1,0+T0,0)+1-E1+Eθ0,0,(m=1,p=0);]]>步骤(5)由Eq.3确定蓄热阵温度分布θ1,1=(1-E)(1+F)1+E+Fθ0,1+E(1+F)1+E+FT0,1+E(1-F)1+E+FT1,0+EF1+E+Fθ1,0,(m=1,p=1);]]>步骤(6)由Eq.2确定气体温度步骤(7)重复步骤(5)与步骤(6)，求出τ＝Δτ时刻蓄热阵和气体的温度分布θ1,p、T1,p(m＝1，p≥2，且p为整数)；步骤(8)重复步骤(4)～步骤(7)即可求出所有时刻蓄热阵和气体的温度分布；步骤五、给定蓄热阵的热力学参数和工作条件，重复执行步骤四，求解蓄热阵以及气体在不同的几何参数时的温度分布，以对比分析蓄热阵在不同的几何参数下的换热性能，进而确定出具备所须换热性能的蓄热阵的布局，其中，热力学参数包括ρb、Cb和h，工作条件包括Tin、Cp、和A，几何参数包括η和d。