蓄热室传热

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 ·℃。