蓄热室传热.doc

热能工程高新技术导论系列讲座目录1流化床设计主要内容：流化介质操作速度、流化数与孔板开孔率等。2对流传热与相似原理主要内容：对流传热系数研究基础 3蓄热室传热4竖炉热交换5肋传热效能主要内容：肋高、肋厚、肋间距、肋材质和传热系数。6干燥技术与应用主要内容：干燥时间、干燥物料温度、干燥介质温度等。7中央空调冷负荷确定8冬季室外温度下大型宾馆供暖、热水供应、通风联合调节控制模型讲座人：东北大学热能工程 王国恒修订人：中冶华天南京工业炉有限公司 王浩热能工程高新技术导论系列讲座之三蓄热室传热讲座主要内容一、蓄热室传热特点二、蓄热室周期传热系数的理论推导 利用工艺制度系数导出的多座蓄热室(包括两座蓄热室)交替工作的不同形状蓄热体周期传热系数统一计算公式。三、蓄热体最佳厚度(直径)推导及其与换向时间的关系式四、蓄热体利用系数与蓄热室工作效能。五、例题求出蓄热体最佳厚度和蓄热室换热面积六、强化蓄热室周期传热系数措施优化七、蓄热室内最佳烟气速度和最佳空气速度确定方法八、蓄热体材质热物性参数的定量确定听讲对象：从事工业炉、炼铁高炉热风炉等专业技术人员教 材：自编1 2页一、蓄热室内传热过程特点1是一种换热设备 要求温度高 烟气温度高 排烟温度低2废气与空气走同一通道 加热期：加热蓄热体的时间或通热气体的时间，用表示。 (时间周期) 冷却期：冷却蓄热体的时间或通冷气体的时间，用表示。 (时间周期) 整个周期： (时间周期) 若 则若 表示为 则1烧l吹： 2烧l吹： (高炉热风炉)3烧l吹： 工艺制度系数。3蓄热体内的传热为不稳定传热 且为第二类边界条件，即通过表面传热热流为常数下的传热，主要时间内蓄热体内部处于“正规”阶段。所以： (1)式中： 蓄热体表面与中心温度差，； 蓄热体表面温度，； 蓄热体中心温度，； 通过蓄热体表面面积热流，； S 透热深度(蓄热体厚度之半或直径之半)，m； 蓄热体导热系数，。 4蓄热体表面温度随时间变化呈抛物线分布 (2) (3)式中：,分别为加热期内和冷却期内蓄热体表面平均温度；加热期内即整个周期内蓄热体表面的最高温度；冷却期内即整个周期内蓄热体表面的最低温度；由(2)、(3)两式得： (4)或： (5)5蓄热体断面温度分布也呈抛物线分布加热期末： (6)冷热期末： (7)式中：加热期终了时蓄热体的平均温度；冷却期终了时蓄热体的平均温度；加热期终了时蓄热体表面与中心温差；冷却期终了时蓄热体表面与中心温差：k 形状系数。注：平板k=1，图柱体k=2，球k=3。二、蓄热室传热系数周期传热系数，KJ/m2per。1假定：(1) 冷气体、热气体在蓄热室内分布均匀；(2) 没有热损失，冷气体得到热量就是热气体失去的热量； (3) 蓄热室为密封体，没有气体的吸入与溢出； (4) 加热期热气体给蓄热体的面积热流为(KJm2h) 冷却期蓄热体给冷气体的面积热流为(KJm2h) 根据上述没有热损失的假定： (8) 周期面积热流，KJm2per。 (5) 假定气体对蓄热体加热冷却都是对称的。令G为单位换热面积的蓄热体重量，则： , Kg/m2 (9)式中：s 透热深度m； 蓄热体密度kgm3； k 形状系数。平板k =1，图柱体k =2，球k =3。G平板=sG图柱体=s/2G球体=s/3如：球体：2列出传热方程和热平衡方程 将两个不同阶段传热过程综合起来看热气体直接向冷气体传热，蓄热体吸热和放热视为中间过程。(1) 传热方程： KJ/m2per (10)式中： 热气体在加热期内的平均温度，： 冷气体在冷却期内的平均温度，； 周期传热系数，KJ/m2per。(2) 加热期传热方程： KJ/m2per (11)式中： 热气体与蓄热体表面之间的综合传热系数，w/m2，或KJm2h。注：(3) 冷却期传热方程： KJ/m2per (12) 式中：蓄热体与冷气体之间的综合传热系数，w/m2，或KJm2h。注：(4) 热平衡方程： 对蓄热体，整个周期0内即加热期和冷却期终了时热量改变增量，即热焓的增加： KJ/m2per (13)式中：蓄热体比热，KJ/kg。3蓄热效率系数： 定义：蓄热体断面有温差时所蓄有的热量与蓄热体断面无温差时所蓄有的热量之比。 (14)故： (15)又： 由式(6)(7)得：整理得：所以： (16)考虑到其它操作制度： 因为蓄热室无热损失 即： 所以：由式(1) 由式(8) 由式(9) ( ,) () (17)4导出蓄热室周期传热系数: 由(10)、(11)、(12)、(13)、(14)式：由等比定理：故： (18)式中：周期热阻 热气体传热总热阻， 冷气体传热总热阻。 蓄热体蓄热热阻。其中： 由(18)式： (19)将表达式(17)代入并注意到 ，可得： (20)周期传热系数，的最终表达式为： KJ/m2per (21)三、蓄热体蓄热热阻R蓄与蓄热体最佳透热深度由(20)式看出：越，第一项热阻小，第二项热阻大所以必有合理值。令 (22) 看出所以有最小值，故对应有最佳值。由(22)式得蓄热体的最佳透热深度： (23)式中： 蓄热体导温系数，m2h： 0 整个周期时间，h：k 蓄热体形状系数； 工艺制度系数。四、蓄热体利用系数，R由中间三个等式得：式中： 蓄热体利用系数. 五、例题设计一对砖砌蓄热室。要求将空气从=30加热到=1000，烟气入蓄热室温度 =1350烟气量V1=4000Nm3h，空气量为 V2=3600Nm3h。砖密度=1700kgm3，导热系数=1.48kcalmh比热Cp=0.4kcalkg。设换向时间为0.25小时。求砖最佳厚度和蓄热室换热面积。解：1确定最佳厚度砖最佳厚度2S=0.057 m2确定换热面积：一周期内空气从烟气获得热量：一周期内烟气带入热量： 一周期内烟气自蓄热室带走的热量：(设热损失为5) =0.95495000280000=190000 kcal/per废气1m3的热量(即热焓)：查i - t图得废气温度 =550烟气与空气之间平均温度差：计算蓄热室周期传热系数：己通过计算得单位时间传热系数：蓄热室换热面积(一个蓄热室)：六、强化蓄热室周期传热系数优化措施：上面例题得：看出 强化措施1减少：、Cp加倍提高 强化措施2减少：减少一半、即增大一倍、=0.045提高 强化措施3减少：减少一半、即增大一倍、R2=0.095提高 减少哪个那个热阻最有效，显然应减少最有效。结论： 中那个热阻大减少那个最有效。本例题中应提高空气速度。七、最佳烟气速度与最佳空气速度确定方法若蓄热体材质己确定，上面例题最佳烟气、空气速度的条件是： =0.0345 由计算式立刻可得烟气最佳速度。同理：=0.0345 由计算式也得到空气最佳速度。八、蓄热体材质 若： 、不能减少到与匹配的热阻值，说明不需要那么小、，不必选择那么大。附：1. 平板平均温度计算平板两面加热，其平均温度可以表示为： (1)其中S为图l中阴影部分的面积，L为阴影部分底边长。因平板两侧加热，阴影部分关于纵坐标对称，故： (2) (3) (4)平板中的温度分布曲线可以表示为： (5)所以 (6)由式(4)、(6)可得 (7)图l平板加热平均温度分布2圆柱体平均温度计算圆柱体四周加热，其平均温度可以表示为： (8)其中V是图2中阴影部分体积，S是圆柱体