蓄热室传热
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换热器按传热方式和结构分类
根据热量传递方法不同,换热器可以分为间壁式、直接式和蓄热式。
间壁式换热器是化工生产中采用最多的一种,温度不同的两种流体隔着液体流过的器壁(管壁)传热,两种液体互不接触,这种传热办法最适合于化工生产。
因此,这种类型换热器使用十分广泛,型式多样,适用于化工生产的几乎各种条件和场合。
直接接触式换热器,是两种(冷和热)流体进入换热器后,直接接触传递热量,传热效率高,但使用受限制,只适合于允许这两种流体混合的场合,如配设冷凝器等。
蓄热式换热器,是一个充满蓄热体的空间(蓄热室)温度不同的两种流体先后交替地通过蓄热室,实现间接传热。
由于化工生产中绝大多数使用的是间壁式传热,因此以此类换热器为选用设计的主要对象。
间壁式换热器根据间壁的形状,又可分为管壁传热的管壳式和板壁传热的板式换热器,或称为紧凑式换热器。
管壳式换热器是使用得较早的换热器,通常将小直径管用管板组成管束,流体在管内流动,管速外再加一个外壳,另一种流体在管间流动,这样组成一个
管壳式换热器。
其结构简单,制造方便,选用和试用的材料很广泛,处理能力大,清洗方便,适应性强,可以在高温高压下试用,生产制造和操作都有较成熟的经验,型式也有所更新改进,这种换热器使用一直十分普遍。
根据管束和外壳的形状不同,又可分为固定管板、浮头管束、U形管束、填料函管束以及套管(杯)式、蛇管式等。
陶瓷蓄热体工作原理
陶瓷蓄热体是一种利用陶瓷材料的热传导性能,来实现热能储存和释放的装置。
其工作原理如下:
1. 储热阶段:当外部热源(例如太阳能或电加热器)为陶瓷蓄热体供热时,陶瓷材料会吸收并传导热能。
由于陶瓷材料具有较低的热导率,其内部会形成较高温度的热点。
2. 热传导阶段:一旦外部热源停止供热,陶瓷蓄热体内的热能将开始向周围环境传导。
由于陶瓷蓄热体内部温度高于环境温度,热能将会以热传导的方式从高温区域向低温区域传递。
3. 释放热能阶段:陶瓷蓄热体内部的热传导过程将导致热能的释放,使得外部环境得到陶瓷蓄热体储存的热能。
这种释放可以在较长时间内持续进行,从而为所需的热能供应提供持久的热源。
通过以上工作原理,陶瓷蓄热体实现了热能的储存和释放,使得其成为一种有效的热能存储装置,被广泛应用于太阳能热水器、辐射供暖等领域。
蓄热室设计计算公式蓄热室是一种用于储存热能的设备,通常用于太阳能和地热能系统中。
它可以帮助调节能源的供应和需求,提高能源利用率,减少能源消耗。
蓄热室的设计计算公式是设计和优化蓄热室的重要工具,它可以帮助工程师和设计师确定蓄热室的尺寸、材料和工作参数,以满足特定的能源需求。
蓄热室的设计计算公式通常包括热容量、传热系数、表面积和温度差等参数。
这些参数可以通过热力学和传热学的原理来计算,以确定蓄热室的性能和效率。
下面我们将介绍一些常见的蓄热室设计计算公式及其应用。
1. 热容量计算公式。
蓄热室的热容量是指单位温度变化时储存的热能量,通常用单位质量或单位体积的热容量来表示。
热容量的计算公式为:C = mc。
其中,C表示热容量,m表示质量或体积,c表示比热容。
比热容是材料的一个物理性质,可以通过实验或文献数据来确定。
通过这个公式,可以计算出蓄热室在不同温度下的热容量,从而确定合适的尺寸和材料。
2. 传热系数计算公式。
蓄热室的传热系数是指单位时间内从蓄热室表面传递到外界的热量,通常用传热系数来表示。
传热系数的计算公式为:Q = hAΔT。
其中,Q表示传热量,h表示传热系数,A表示表面积,ΔT表示温度差。
传热系数是由材料的导热性质和表面特性决定的,可以通过实验或计算来确定。
通过这个公式,可以计算出蓄热室的传热性能,从而确定合适的材料和结构。
3. 温度差计算公式。
蓄热室的温度差是指蓄热室内外的温度差异,通常用来衡量蓄热室的工作效率。
温度差的计算公式为:ΔT = (T1 T2)。
其中,ΔT表示温度差,T1表示蓄热室内的温度,T2表示蓄热室外的温度。
通过这个公式,可以确定蓄热室在不同工况下的温度差,从而优化蓄热室的工作参数。
蓄热室的设计计算公式可以帮助工程师和设计师确定蓄热室的尺寸、材料和工作参数,以满足特定的能源需求。
通过热容量、传热系数和温度差等参数的计算,可以确定蓄热室的性能和效率,从而优化蓄热室的设计和运行。
蓄热式传热的例子篇一:蓄热式传热是指将热量储存在物体内部,然后在需要时释放该热量的过程。
以下是一些蓄热式传热的例子:1. 蓄热式太阳能热水器:太阳能热水器使用太阳能电池板将太阳的光能转换成热能,然后将热能储存在蓄热材料中,如冰块或水分子,然后在需要时通过管道将蓄热材料加热,释放储存的热量。
2. 蓄热式空调:蓄热式空调使用冰块或压缩空气来储存室内的热量,然后在需要时将热量释放到室内。
这种空调通常用于在高温和高湿度环境下,例如高温夏季和潮湿冬季。
3. 蓄热式暖炉:蓄热式暖炉使用燃烧燃料将热能转换成热能,然后将热能储存在燃料中,如煤炭或天然气。
在需要时,暖炉将储存的热量释放到房间内,提高温度。
4. 蓄热式加热器:蓄热式加热器使用蓄热材料来储存热量,如冰块或水分子。
当需要加热房间时,加热器将释放储存的热量,加热房间。
这些是蓄热式传热的一些例子,它们在不同的领域得到了广泛的应用。
蓄热式传热的优点在于可以在冬季提高室内温度,或者在炎热的夏季降低室内温度,而不需要频繁开启空调或暖气设备。
篇二:蓄热式传热是一种常见的传热方式,它在实际应用中非常广泛。
以下是一些蓄热式传热的例子及其相关信息的拓展。
1. 太阳能热水器太阳能热水器使用太阳能电池板将光能转换为热能,然后将其储存在蓄热介质中,以便在需要时将其释放用于加热水。
这种热水器通常由一个储热罐和一个加热系统组成。
当太阳能照亮储热罐时,它会吸收太阳能并将其转换为热能,热能会储存在蓄热介质中。
当需要加热水时,加热系统会将蓄热介质中的热能释放到水中,从而加热水。
2. 暖通空调暖通空调使用压缩空气或液体来加热室内空气或地面,然后将其释放为冷空气或液体。
在暖通空调中,蓄热介质通常用于储存热能,以便在需要时将其释放。
例如,在空气调节器中,蓄热介质可以用于储存热量,以便在低温时加热空气。
当需要释放这些热量时,空气调节器会通过释放压缩空气或液体来加热空气或地面。
3. 热水浴缸热水浴缸通常使用加热系统来加热水,并将其储存在蓄热介质中。
蓄热式加热炉工作原理
蓄热式加热炉是一种利用石墨材料进行加热的设备,其工作原理主要包括蓄热、加热和传热三个过程。
首先,让我们来详细了解一下蓄热式加热炉的工作原理。
蓄热式加热炉的工作原理首先涉及到蓄热材料的选择。
通常情况下,蓄热式加
热炉采用石墨作为蓄热材料,因为石墨具有良好的导热性能和高温稳定性,能够承受高温条件下的加热和冷却循环。
在加热炉开始工作时,首先需要将蓄热材料进行加热,这样可以将热量储存在蓄热材料中,以备后续加热物体时使用。
当需要加热物体时,蓄热式加热炉会将蓄热材料中储存的热量释放出来,通过
传热的方式将热量传递给待加热的物体。
这样就实现了对物体的加热。
蓄热式加热炉通过控制蓄热材料的加热和释放热量的过程,可以实现对物体的精确加热控制,满足不同加热需求。
在整个加热过程中,蓄热式加热炉需要保持对蓄热材料和加热物体的温度控制,以确保加热效果和安全性。
同时,蓄热式加热炉还需要考虑能源利用效率和设备的稳定性,以提高加热效率和延长设备的使用寿命。
总的来说,蓄热式加热炉的工作原理是基于蓄热材料的加热和释放热量,通过
传热的方式实现对物体的加热。
这种工作原理使得蓄热式加热炉在工业生产中得到广泛应用,能够满足不同物体的精确加热需求,具有较高的加热效率和稳定性。
在使用蓄热式加热炉时,需要根据具体的加热需求和物体特性选择合适的蓄热
材料和加热参数,以确保加热效果和设备安全稳定运行。
同时,定期对蓄热式加热炉进行维护和保养,延长设备的使用寿命,保证加热效率和生产质量。
传热系数和蓄热系数传热系数和蓄热系数是物理学中重要的概念,它们在能源利用和节能方面起着至关重要的作用。
下面,我们将对这两个概念进行详细解释,并探讨它们在实际应用中的指导意义。
首先,传热系数指的是物体传递热量的能力大小。
热量传递主要有三种方式:传导、对流和辐射。
传热系数表示单位面积内单位时间内传递的热量量,通常用W/m²·K表示。
传热系数越大,物体传递热量的能力越强。
传热系数的大小取决于多种因素,包括材料的热导率、界面的接触状况和表面的热阻。
传热系数高的材料能够更快地将热量传递给周围环境,适用于需要快速加热或散热的场合。
比如,在制冷设备中,我们常用具有高传热系数的铜制导热管来加速热量的传输。
接下来,让我们来了解一下蓄热系数。
蓄热系数指的是物体储存热量的能力大小。
不同材料的蓄热系数不同,通常用J/kg·K表示。
蓄热系数越大,物体储存热量的能力越强。
蓄热系数的大小取决于材料的比热容和密度。
比热容指的是单位质量的材料吸收或释放单位温度变化所需的热量。
因此,比热容越大,材料在温度变化时吸收或释放的热量越多。
密度则是指单位体积中所包含的质量。
因此,密度越大,材料所储存的热量就越多。
蓄热系数高的材料能够吸收大量的热量,并在需要时释放出来,起到调节温度的作用。
这在太阳能利用、地热利用和节能建筑等领域非常重要。
例如,在夏天,墙体材料具有较高的蓄热系数,可以吸收白天的热量,并在晚上释放,保持室内温度的稳定。
总结来说,传热系数和蓄热系数在能源利用和节能方面扮演着重要角色。
通过了解材料的传热和蓄热特性,我们可以选择合适的材料来满足不同的需求。
比如,采用高传热系数材料可以快速传输热量,而采用高蓄热系数材料可以储存大量的热量。
这些概念和应用指导着我们在设计和选择材料时要考虑能源的有效利用和节约。
因此,深入了解传热系数和蓄热系数对于实现可持续能源和建筑节能的目标至关重要。
炼钢蓄热室的工作原理
1.热能输入:炼钢蓄热室通常通过高温高热能的燃料燃烧来产生热能。
热能输入通常通过燃料燃烧产生的高温气体或者炉渣等方式进行。
2.热能吸收:炼钢蓄热室内的介质是能够吸收并存储大量热能的物质,通常是特殊设计的耐高温材料。
当高温气体或者炉渣等热能输入到蓄热室
中时,介质会吸收其中的热能,实现热能的存储。
3.热能储存:炼钢蓄热室通过多个耐高温材料组成的蓄热体实现热能
的储存。
这些蓄热体通常由陶瓷、陶瓷纤维或其他能够高效吸收和储存热
能的材料制成,具有较高的比热容和热导率。
4.热能输送:在炼钢过程中,当需要调控炉温时,热能储存在蓄热体
中的热能可以被释放出来,通过导热材料或者传热介质的形式传输到炉内。
通常热能的输送过程需要考虑到与炼钢过程中其他设备和炉体的耐热性能。
5.热能释放:炼钢蓄热室通过释放存储的热能来实现炉温的调整。
当
炼钢过程中需要增加炉温时,蓄热室将储存的热能释放出来,通过导热材
料或者传热介质的方式传导到炉内。
这可以提高炉内的温度,以满足炼钢
的需求。
总之,炼钢蓄热室通过热能的吸收、储存和释放来实现对炼钢过程中
的热能进行调控。
通过合理的设计和应用,炼钢蓄热室可以提高炼钢效率
和质量,降低能源消耗,并且在环保方面也具有潜力。
蜂窝体型蓄热室传热系数的计算蜂窝体型蓄热室传热系数的计算是一项重要技术,能够有效地开发与节能有关的热力学技能,以及在其他技术领域产生广泛影响。
本文将根据蜂窝体型蓄热室传热系数的数学计算原理和解析解,详细介绍如何计算这一方面的传热系数。
一、计算蜂窝体型蓄热室传热系数的几何参数1、体积:体积定义为空间中由热质流动所包围的物质部分。
其长度和宽度定义用于确定立方体的边长,用于确定体积的高度定义为内表面的矩形面上的厚度。
2、温差:温差定义为在表面上的热质流动的两个表面处,物质温度的差值。
3、传热系数:传热系数定义为自表面到体积中心的热质流动速度,可用于衡量两个热层之间物质的热传导特性。
二、计算蜂窝体型蓄热室传热系数的数学模型1、表面传热系数:表面传热系数定义为物质表面到环境温度的热质流动速度。
表面传热系数的数学模型定义为:α=(1-α)λ/D ,其中,α为立方体体积的表面传热系数,D为温度差,α为热系数。
2、室内空气传热系数:室内空气传热系数定义为室内空气流动到热源处的热传导速度。
数学模型定义为:α=(1-α)σ2(ρ/g)/D,其中,α为室内空气流动的表面传热系数,D为温度差,ρ为空气密度,g为重力加速度。
3、室内热量传热系数:室内热量传热系数定义为热源处到室内空气流动处的热量流动速度。
数学模型定义为:α=(1-α)σ2(ρ/g)/D,其中,α为室内热量传热系数,D为温度差,ρ为热源密度,g为重力加速度。
三、计算蜂窝体型蓄热室传热系数的解析解1、面积指数:面积指数被定义为表面热量流动系数的函数,可用来测量物质面积的影响。
物质的表面系数与物质的面积的比值成反比,即A~1/area,A代表表面系数,area代表物质面积。
2、方体容积:方体容积可以将传热系数与物质方体中空气流动比例相结合。
其可表述为C=V/Vcube,C为传热系数,V为空气流动流速,Vcube为整体方体容积。
3、表面温度:表面温度差定义为室内的表面温度与热源的温度之差。
传热系数和蓄热系数的关系传热系数和蓄热系数是描述物体传递热量和储存热量能力的两个重要参数。
传热系数是指物体单位面积在单位时间内传递热量的能力,而蓄热系数则是指物体单位质量在单位温度变化下储存热量的能力。
这两个系数在热传导、热辐射以及热对流等传热过程中起到了至关重要的作用。
传热系数是衡量物体导热性能的指标,它描述了物体传递热量的能力。
传热系数与物体的导热性质有关,不同物体的传热系数存在差异。
一般情况下,导热性能好的物体传热系数较大,说明它们能够更快地传递热量。
例如,金属材料具有较高的导热性能,因此金属的传热系数相对较大。
传热系数的大小还与物体的形状、表面积以及传热过程中的其他因素有关。
蓄热系数是指物体储存热量的能力,它描述了物体在温度变化下储存热量的程度。
蓄热系数与物体的热容量和密度有关,不同物体的蓄热系数也存在差异。
一般情况下,具有较大热容量和密度的物体蓄热系数较大,说明它们能够储存更多的热量。
例如,水的热容量和密度较大,因此水的蓄热系数相对较大。
蓄热系数的大小还与物体的体积、质量以及其他热性质有关。
传热系数和蓄热系数之间存在一定的关系。
在传热过程中,物体的传热系数越大,说明它能够更快地传递热量,而蓄热系数越大,说明它能够储存更多的热量。
因此,传热系数和蓄热系数可以说是相互影响的。
一般情况下,传热系数较大的物体往往具有较大的蓄热系数,反之亦然。
这是因为传热系数较大的物体能够更快地传递热量,因此也能更快地储存热量。
传热系数和蓄热系数的关系在实际应用中具有重要意义。
在建筑领域,传热系数和蓄热系数的大小直接影响着建筑物的保温性能和舒适度。
传热系数越小,建筑物的保温性能就越好,能够降低能源消耗。
而蓄热系数越大,建筑物能够更好地调节室内温度,提高舒适度。
因此,在建筑设计中需要综合考虑传热系数和蓄热系数的影响,选择合适的材料和结构,以达到节能和舒适的目标。
传热系数和蓄热系数是描述物体传递热量和储存热量能力的两个重要参数。
5.2.3 焦炉蓄热室计算蓄热室计算的目的是求出格子砖的高度,从而进一步确定蓄热室的高度。
应该按热交换量最大的蓄热室进行计算,所以一般选焦侧煤气蓄热室来计算格子砖高度。
运算时先列出有关的原始数据,然后通过蓄热室热平衡计算,确定预热空气或高炉煤气的温度,以及蓄热室的热交换量,再按下列方法算出热交换系数p K 。
(1) 对传热系数K α的计算K α=T 0.25(0.9617+0.60.2125V d) (5.26)式中:K α——对流传热系数,kcal/m 2·h·℃;V 0——换算成标准状态下湿气体的流速,m/s ; d ——格子砖的水力直径,m (2) 辐射给热系数F α的计算 先求出辐射层厚度CC=Pd (5.27)式中:P ——三原子气体CO 2或H 2O 的体积百分数; d ——格子砖水力直径,m 。
按求得的2CO C 和2H O C 值,查《焦化设计参考资料》附录十六,分别查表得辐射给热系数2CO F α和2H OF α,kcal/m 2·h·℃。
再将此两项相加,得F α。
将K α与F α之和乘以气流通过蓄热室的不均匀系数(一般为0.7~0.8)即得总传热系数,再根据加热期和冷却期的总传热系数(查《焦化设计参考资料》附录十七),确定总热交换系数p K 。
然后算出格子砖上、下部气体温差的对数平均温度,最后按下式求出换热面积F :F=JP QTK t∆ (5.28) 式中:F ——换热面积,m 2;Q ——预热高炉煤气或空气净得的热量,kcal/min ;J P K ——格子砖的平均总热交换系数,kcal/m 2·周期·℃;T ——一个换向周期的持续时间,一般为20min ; ∆t —格子砖顶部与底部的气体对数平均温度,℃ 根据一层格子砖的蓄热面积,可以确定格子砖的高度。
(3) 原始数据表5.12 原始数据名称单位数量 备注炭化室有效容积m 3 42.3炭化室一次装入干煤量:38.5×0.8 t 40.19 干煤堆积重度:0.95t/ m 3 1Kg 干煤相当耗热量 Kcal/ Kg 728干高炉煤气的发热量 Kcal/ m 3938查《焦化设计参考资料》附录十二 湿高炉煤气组成,%:CO 2O 2COH 2CH 4N 2 H 2O 10.52 0.29 26.78 2.58 0.1955.24.36每一煤气燃烧室所需的干高炉煤气量: 40.19100065724938⨯⨯⨯m 3/h1300通过一个煤气蓄热室的高炉煤气量:m 3/h高炉煤气30℃时含饱和水汽量4.36% 干煤气1300×2 2600 湿煤气1300×2÷0.9564 2719 通过一个焦侧煤气蓄热室的高炉煤气量: m 3/min焦、机侧煤气分配比为: 1.09干煤气⨯⨯2600 1.0960(1+1.09)22.60 湿煤气22.60÷0.9564 22.63当α=1.25时,1m 3干高炉煤气所产生的湿废气量m 3 1.824 查《焦化设计参考资料》附录十二当α=1.25时,1m 3干高炉煤气燃烧所需的湿空气量m 3 0.933 查《焦化设计参考资料》附录十二 当α=1.25时,焦侧一对煤气、空气蓄热室通过的湿废气量 22.60×1.824 m 3/min41.22废气通过煤气与空气蓄热室的分配比:22.630.3621080-22.630.3239022.600.933(0.3411080-0.31290)⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯1.19查《焦化设计参考资料》附录十四煤气1080℃热容量为0.362空气1080℃热容量为0.341煤气90℃热容量为0.323空气90℃热容量为0.312当α=1.25时,通过焦侧一个煤气蓄热室的湿废气量41.22×1.19÷2.192m3/min 21.96当α=1.25时,湿废气组成,%:CO2 H2O2 N221.49 4.8 2.12 71.59360℃时,湿废气热容量(α=1.25)Kcal/ m3·℃0.349 查《焦化设计参考资料》附录十四1300℃时,湿废气热容量(α=1.25)Kcal/ m3·℃0.3915 查《焦化设计参考资料》附录十四本设计采用12孔格子砖,其参数如下[17]:①一块格子砖的蓄热面积F=0.4930 m2②焦侧一层格子砖的蓄热面积F=31.544 m2(其中包括60块格子砖的蓄热面积及相应高度的蓄热室墙面积)③焦侧蓄热室一层格子砖的总空隙面积F K=1.614 m2④焦侧蓄热室一层格子砖的总周边长度L=272.314 m⑤格子砖的水力直径d=0.0237 m(4)煤气蓄热室的热平衡1)带入热量①废气带入的显热(Q1)Q1=1300×0.3915×21.96=11177 kcal/min②高炉煤气带入的显热(Q2)Q2=90×0.323×22.63=658 kcal/min③进入总热量(Q a)Q a= Q1+ Q2=11177+658=11835 kcal/min2)带出热量①废气带出热量(Q3)Q3=360×0.349×21.96=2760 kcal/min②蓄热室墙面对周围环境的散热(Q4)取散热系数K=0.005Q 4= KQ a =0.005×11835=60 kcal/min ③ 总带出热量(Q b )Q b = Q 3+ Q 4=2760+60=2820 kcal/min 3) 煤气预热所得热量(Q 5)Q 5=Q a ―Q b =11835―2820=9015 kcal/min 4) 高炉煤气预热后温度 t=⨯预热煤气所得所得热量湿煤气量预热后温度下的煤气热容量901522.630.362=⨯≈1080 ℃(5) 热交换系数K P 的计算 用下式计算对流传热系数αK =T 0.25(0.9617+00.60.2125V d) (5.29) 1) 蓄热室加热期的对流传热系数① 蓄热室上部:格子砖温度 t G =1235℃;废气温度 t F =1300℃; 平均温度:t J =(t G + t F )/2=1267.5℃;t J =1540.5 KV 0=21.9660 1.614⨯=0.227m 3/s1S K α=T 0.25(0.9617+00.60.2125V d )=1540.50.25×(0.9617+0.60.21250.2270.0237⨯)=8.88kcal/m 2·h·℃ ② 蓄热室中部G t ,=975℃;F t ,=1035℃; J t ,=1005℃;J T ,=1278K1Z K α= T 0.25(0.9617+00.60.2125V d )=12780.25×(0.9617+0.60.21250.2270.0237⨯) =8.47kcal/m 2·h·℃ ③ 蓄热室下部G t ”=310℃;F t ”=360℃; J t ”=335℃;J T ”=608K1X K α= T0.25(0.9617+00.60.2125V d )=6080.25×(0.9617+0.60.21250.2270.0237⨯) =7.04 kcal/m 2·h·℃2) 蓄热室加热期的辐射给热系数① 蓄热室上部C CO2=Pd=21.49×0.0237/100=0.00509 m C H2O =Pd=4.8×0.0237/100=0.00114 m辐射介质温度:G t =1235℃ F t =1300℃,查《焦化设计参考资料》附录十六得,21CO F α=8.4 kcal/m 2·h·℃ O H F21α=1.2 kcal/m 2·h·℃ 1S F α=21CO F α+O H F21α=8.4+1.2=9.6 kcal/m 2·h·℃ ② 蓄热室中部辐射介质温度:G t ,=975℃ F t ,=1035℃,查《焦化设计参考资料》附录十六得,21CO F α=6.3 kcal/m 2·h·℃ O H F 21α=0.75 kcal/m 2·h·℃ 1Z F α=21CO Fα+O H F 21α=6.3+0.75=7.05 kcal/m 2·h·℃ ③ 蓄热室下部辐射介质温度:G t ”=310℃ F t ”=360℃,查《焦化设计参考资料》附录十六得,21CO F α=1.495 kcal/m 2·h·℃ O H F 21α=0.25 kcal/m 2·h·℃ 1X F α=21CO F α+O H F21α=1. 495+0.25=1.745 kcal/m 2·h·℃ 3) 加热期的总传热系数上部:1S α=0.75(1S K α+1S F α)=0.75×(8.88+9.6)=13.86 kcal/m 2·h·℃ 中部:1Z α=0.75(1Z K α+1Z F α)=0.75×(8.47+7.05)=11.64 kcal/m 2·h·℃下部:1X α=0.75(1X K α+1X F α)=0.75×(7.04+1.745)=6.59 kcal/m 2·h·℃ 上三式中0.75为校正系数;反映了气体通过蓄热室时分布的不均匀程度。
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1τ表示。
1τ (时间/周期)冷却期:冷却蓄热体的时间或通冷气体的时间,用2τ表示。
2τ (时间/周期)整个周期: 210τττ+= (时间/周期) 若21ττ= 则21022τττ==若21ττ≠ 表示为21βττ= 则ββττ+=1011烧l 吹:21ττ= 1=β2烧l 吹:212ττ= 2=β(高炉热风炉) 3烧l 吹:213ττ= 3=ββ——工艺制度系数。
3.蓄热体内的传热为不稳定传热0≠∂∂τt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: λ2sq t t t 表中表=-=∆ (1) 式中: t ∆—— 蓄热体表面与中心温度差,℃;表t —— 蓄热体表面温度,℃; 中t —— 蓄热体中心温度,℃;表q —— 通过蓄热体表面面积热流,h m ΚJ ∙2/; S —— 透热深度(蓄热体厚度之半或直径之半),m ; λ —— 蓄热体导热系数,∙m w /℃。
4.蓄热体表面温度随时间变化呈抛物线分布)(32min max min 1表表表表=t t t t -+ (2))(31min max min 2表表表表=t t t t -+ (3)式中:1表t ,2表t ——分别为加热期内和冷却期内蓄热体表面平均温度;max 表t ——加热期内即整个周期内蓄热体表面的最高温度; min 表t ——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:)(31min max 21表表表表=t t t t -- (4)或:)(=表表表表21min max 3t t t t -- (5) 5.蓄热体断面温度分布也呈抛物线分布加热期末: )221max 1t k t t ∆+-表蓄= (6) 冷热期末: )222min 2t k t t ∆++表蓄= (7) 式中:1蓄t ——加热期终了时蓄热体的平均温度;2蓄t ——冷却期终了时蓄热体的平均温度; 1t ∆——加热期终了时蓄热体表面与中心温差; 2t ∆——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0k ,KJ/m 2·per·℃。
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1q (KJ /m 2.h) 冷却期蓄热体给冷气体的面积热流为2q (KJ /m 2.h) 根据上述没有热损失的假定:02211q q q ==ττ (8)0q ——周期面积热流,KJ /m 2·per 。
(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:ks G ρ=, Kg/m 2 (9) 式中:s —— 透热深度m ; ρ—— 蓄热体密度kg /m 3; k —— 形状系数。
平板k =1,图柱体k =2,球k =3。
G 平板=s ρ G 图柱体=s ρ/2 G 球体=s ρ/3 如:球体:33143423ρρπρπs R RR G ==⋅==表面积重量 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:)(2100t t K q -= KJ /m 2·per (10)式中:1t —— 热气体在加热期1τ内的平均温度,℃:2t —— 冷气体在冷却期2τ内的平均温度,℃;0k —— 周期传热系数,KJ /m 2·per ·℃。
(2) 加热期传热方程:11110)(τα表t t q -=∑ KJ /m 2·per (11)式中: 1∑α—— 热气体与蓄热体表面之间的综合传热系数,w/m 2·℃,或KJ /m 2·h ·℃。
注:111辐对+ααα=∑(3) 冷却期传热方程:22220)(ταt t q -=∑表 KJ /m 2·per (12) 式中:2∑α——蓄热体与冷气体之间的综合传热系数,w/m 2·℃,或KJ /m 2·h ·℃。
注:222辐对+ααα=∑(4) 热平衡方程: 对蓄热体,整个周期τ0内即加热期和冷却期终了时热量改变增量,即热焓的增加:)(210蓄蓄t t GC q p -= KJ /m 2·per (13)式中:p C ——蓄热体比热,KJ /kg ·℃。
3.蓄热效率系数:η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。
)(min max 0表表-t t GC q p =η (14)故: )(min max 0表表=t t GC q p -η (15)又: )()(min max 21表表蓄蓄--t t GC t t GC p p =η由式(6)(7)得:整理得: )((22)(min max 1min max 表表表表-+-t t GC tt k GC t t GC p pp ∆∆+-=η 所以:ηη021)2()(21q k t t GC p ⋅+∆∆-=+ (16)考虑到其它操作制度: 21ττ≠ 21βττ= 因为蓄热室无热损失 1222110q q q q βτττ===即: 12q q β=所以:由式(1) ηλβλη011)2()22(21q k s q s q GC p ⋅+-=+ 由式(8) 111)2()1(221q k sq GC pτηβλη⋅+-=+ 由式(9) 1212)2()1(1)2()1(1τηβλτηβρηa k k S k k C S p ++-=⋅+-=+ (p C a ρλ= ,h m /2) βτηβ022)2()1(1a k k S ⋅+-=+ (ββττ+=101 ) βτβη022)2()1(11a k k S +++=∴ (17) 4.导出蓄热室周期传热系数0K :)()22()22[(min max 2min 1max 表表表表-+-t t GC t k t t k t GC p p ∆+-∆+=η由(10)、(11)、(12)、(13)、(14)式:)()()()(min max 222211112100表表表表=t t GC t t t t t t K q p -=--=-=∑∑ητατα pGC t t t t t t k t t q ητατα3111121222211110210表表表表-=-=-=-=∑∑ )](31[min max 21表表表表=t t t t --由等比定理:pGC t t k t t q ητατα311112211210210++-=-=∑∑ 故:022********R GC K p=++=∑∑ητατα (18) 式中:0R ——周期热阻210R R R R ++=蓄1R —— 热气体传热总热阻, 2R —— 冷气体传热总热阻。
蓄R —— 蓄热体蓄热热阻。
其中:1111τα∑=R 2221τα∑=R pGC R η31=蓄由(18)式: pGC K ητατα3111122110++=∑∑ (19)将η表达式(17)代入蓄R 并注意到K S G ρ=,pC a ρλ=可得: ))2()1(11(302λβτβρ++++=k k SC S k R p 蓄 (20)周期传热系数0K ,的最终表达式为:22021101))2()1(11(311ταλβτβρτα∑∑++++++=k k S C S k K p KJ/m 2.per .℃ (21)三、蓄热体蓄热热阻R 蓄与蓄热体最佳透热深度S由(20)式看出:S 越,第一项热阻小,第二项热阻大 所以S 必有合理值。
令 0'=∂∂=SR R 蓄蓄0))2()1(1(3022'=+++-=λβτβρk k C S k R p 蓄(22) pC S k R ρ3"132⋅=蓄 看出0">蓄R 所以蓄R 有最小值,故对应S 有最佳值。
由(22)式得蓄热体的最佳透热深度:20)1()2(ββτ++=k k a S m )(p C a ρλ= (23) 式中: α —— 蓄热体导温系数,m 2/h : τ0—— 整个周期时间,h :k —— 蓄热体形状系数; β ——工艺制度系数。
四、蓄热体利用系数,ηRpGC t t t t t t K t t q ητατα3111121222211110210表表表表==---=-=∑∑ 由中间三个等式得:R K ητατα22110111∑∑+=式中: R η——蓄热体利用系数.21211t t t t R ---=表表η五、例题设计一对砖砌蓄热室。
要求将空气从'2t =30℃加热到"2t =1000℃,烟气入蓄热室温度'1t =1350℃.烟气量V 1=4000Nm 3/h ,空气量为 V 2=3600Nm 3/h 。
砖密度ρ=1700kg /m 3,导热系数λ=1.48kcal /m .h .℃.比热C p =0.4kcal /kg ·℃。