蜂窝陶瓷蓄热体的研究现状

综述了高温空气燃烧系统的关键部件之一——蜂窝陶瓷蓄热体的主要发展历程,制备要求以及国内外对蜂窝陶瓷蓄热体热工性能的实验研究和数值模拟现状。可以看出,深入研究蜂窝陶瓷蓄热体的特性对我国发展和应用蓄热式高温空气燃烧技术具有重要意义。     

扩缩方孔蜂窝蓄热体强化传热的数值模拟

为提高烟气余热回收率,提出一种扩缩方孔蜂窝蓄热体,通过用户自定义函数(UDF)实现烟气和空气周期切换时流体种类和进口速度、温度等参数的改变,基于ANSYS Fluent软件建立了新型蓄热体的三维非稳态传热数值模型。通过比较模型预测值与文献实验值进行了模型验证。利用模型研究了新型蓄热体方孔扩缩角、扩缩节距和总长度对其传热和流阻性能的影响。通过温度云图分析了扩缩通道强化蓄热体性能的机理。结果表明,缩放通道能有效提高蜂窝蓄热体的传热性能,在压力损失增加不多的前提下,蓄热体效能最多提高约5个百分点。扩缩方孔蜂窝蓄热体长度越长,其传热性能越好;对于一定长度的新型蓄热体,扩缩节距(或扩缩角)不变时,蓄热体传热性能随扩缩角(或节距)增大而增强。扩缩角过大时,新型蓄热体流动阻力很大,综合性能不佳。     

蜂窝陶瓷蓄热体的热应力研究

建立蜂窝陶瓷的正六边形单通道数学模型,利用CFX流体计算软件,对蜂窝陶瓷在蓄热和放热时的温度分布规律进行了研究,并将数值计算结果与实验结果进行了对比分析,来验证仿真计算结果的可信性。计算分析了不同入口速度以及相同入口条件下不同时刻蜂窝陶瓷的热应力分布情况,结果表明,蓄热体的入口速度越大,应力越大;相同入口条件下,拉应力在蓄热体两端较大,中间较小。     

耦合边界条件下蜂窝陶瓷传热及气体流动特性的数值模拟

通过建立蜂窝陶瓷传热及气体流动的三维非稳态模型,运用计算流体力学(CFD)软件,在耦合边界条件下对蜂窝陶瓷的工作过程进行数值模拟,得到了启动过程中蜂窝陶瓷热端和冷端的气体温度及压力变化规律,以及稳定工作期内蜂窝陶瓷内气体温度、速度和压力的分布规律。为采用蜂窝陶瓷作为蓄热体的高温空气燃烧技术的开发提供了一定的理论依据和指导。     

蜂窝陶瓷蓄热体的研究现状

介绍了蜂窝陶瓷蓄热体在蓄热节能技术中的发展及应用,详细讨论了蜂窝陶瓷蓄热体的研究现状,尤其是在材质结构以及换热性能的发展及应用中存在的问题,指出了蜂窝陶瓷蓄热体在节能、环保方面的发展方向.     

高温蓄热堆积床蓄热单元传热特性的数值模拟

采用焓-多孔介质模型对高温蓄热堆积床蓄热单元相变过程进行模拟,探讨不同的封装材料、相变材料、熔化温度和运动粘度对相变材料熔化过程的影响。结果表明:当封装材料的导热系数远大于相变材料的导热系数时,封装材料对相变的影响非常小,可忽略不计;通过对比不同相变材料的熔化时间和蓄热能力可知NaNO_3、KNO_3、LiNO_3的完全相变熔化时间相差不大;高粘度的相变材料在相变过程中自然对流较弱,低粘度有利于相变材料熔化过程中的自然对流;熔化温度范围越小,越有利于相变材料的熔化。     

某钢厂蓄热蜂窝体损坏原因分析

蜂窝蓄热体是高温空气燃烧系统的核心部分,广泛用于冶金机械行业(化工厂、钢铁厂、垃圾焚烧炉、火电厂等)节能技术方面,使回收烟气余热与高效燃烧及降低NOx排放等技术有机的结合起来,从而实现极限节能降低NOx排放量目的。但蜂窝蓄热体在使用中经常产生堵塞、侵蚀及烧损等问题,极大地影响燃烧系统的性能。本文详细分析了某钢厂加热炉蜂窝蓄热体损坏的原因,并提出改进和解决措施,以期为新型、高效、长寿蓄热体及其安装等提供参考。     

蓄热式换热器传热过程的数值模拟

以某钢铁公司炼铁厂的热风炉为例 ,根据热风炉的实际运行状况对蓄热式换热器内的流动与换热过程进行合理的简化。基于热传导方程、气体流动方程和气体的热平衡方程 ,利用有限差分方法 ,对蓄热体内的导热及其与气体间的换热情况进行数值求解 ,得到蓄热式换热器在开炉、正常的蓄热体加热及冷却三个工作状况下的气体温度与蓄热体温度随时间的变化规律 ,以及气体温度与蓄热体的温度沿蓄热体高度的分布规律。计算结果表明 ,对蓄热式换热器流动换热模型所作的简化是合理的 ,数值模拟的结果也是基本符合实际运行情况的     

加热炉蓄热式燃烧技术用蜂窝体的研究与应用

蓄热式高温空气燃烧技术（HTAC）是新一代高效节能、环保技术，而其中的蓄热式蜂窝体是该项技术的关键。本文介绍了首钢中厚板轧钢厂2号加热炉蓄热式改造用蜂窝体的材料、性能及其传热、阻力性能研究和实际应用情况。     

蓄热式钢包烘烤过程中包内高温低氧特性的数值模拟

为了分析入炉气体的预热温度对高温空气燃烧过程的影响,综合考虑体系的质量、动量、能量守恒以及燃烧体系的组份平衡,建立了煤气-空气双预热的三维非稳态燃烧数学模型,并以CFX4.3为计算平台,耦合流体流动、燃烧和换热过程,首次对蓄热式燃烧过程中高温低氧特性进行了数值研究,得出了在不同预热温度时,燃烧室内气体温度场和氧气浓度场分布. 结果表明, 提高气体预热温度有利于加快燃烧进程,提高燃烧室内气体的整体温度及温度均匀性,降低局部氧浓度.     

溶液再生器传热传质过程的数值模拟

根据湿空气和溶液热质交换的基本理论,建立了叉流溶液再生器的传热传质数学模型,并将该模型简化,得出空气和溶液的质量、能量控制方程。根据数值求解的方法,对方程进行离散简化,利用Matlab语言编程模拟计算。将模拟结果和实验结果进行了比较,结果表明本模型可靠。     

工业窑炉蓄热式换热器用莫来石质蜂窝陶瓷的研制

以高铝矾土、粘土、莫来石为主要原料 ,添加适量硅线石、红柱石和蓝晶石 ,用挤出成型法制备了蜂窝陶瓷。利用TG -DTA分析了在烧成过程中所发生的物理化学变化 ;X射线衍射分析结果表明 ,材料的主晶相为莫来石。     

孔板结构换热器传热与阻力性能的数值模拟

基于周期性全截面模型及RNG k-ε湍流模型,运用计算流体力学软件FLUENT对不同孔板结构换热器壳程流体流动以及传热性能进行了数值模拟分析,并通过文献试验数据验证了该数值模拟方法的可行性和准确性。在此基础上,对比分析了三叶孔、四叶孔、五叶孔、大圆孔、小圆孔等5种孔板结构的传热与阻力性能,探讨了支撑板等结构参数对其传热与阻力性能的影响,进一步采用场协同原理探讨了孔板换热器的强化传热机理。研究结果表明：采用RNG k-ε湍流模型以及周期性全截面模型可较为准确地模拟孔板换热器壳程流体流动情况;5种模型中五叶孔换热器的传热特性最好但阻力最大,小圆孔的传热效果最差但阻力最小;随着支撑板间距以及开孔高度的增加,换热器壳程的传热系数和压力降均逐渐降低;在支撑板后,速度矢量与温度梯度之间的夹角波动幅度变化剧烈,起到了强化壳程传热的效果;其中五叶孔板的场协同角波动幅度最大,强化传热效果最好。     

Effect of SiC whiskers on thermal cycling performance of YSZ-Based sealing coating

Two types of Y₂O₃ partially stabilized ZrO₂(YSZ)-based agglomerated powders with and without SiC whiskers were prepared by spray granulation, and the flow ability, apparent density and particle size distribution of them were investigated. The thermal cycling performance and failure mechanism of conventional high temperature sealing coating and modified one with additional layer with whiskers, which were sprayed by air plasma spraying (APS), were comparatively analyzed. The results showed that, compared to the powder without whiskers, the flow ability of that with whiskers reduced by 2.32%, and the apparent density and the proportion of 45–150 μm agglomerated powder increased by 1.53% and 2.29%, respectively. The thermal cycling failure mode of conventional high temperature sealing coating was the overall spalling of ceramic coating, and the spalling position originated from the interface of thermally grown oxide (TGO)/ceramic coating. Microstructure observation indicated that the structure integrity of SiC whiskers in the additional layer sprayed by APS was still retained. The whiskers were uniformly distributed and theinterface between bonding coating and ceramic coating exhibited excellent bonding. With the additional layer containing whiskers, the thermal cycling life of the coating was increased by 102.53%. In the thermal cycling process, the “bridging” and “pulling-out” effects of whiskers located at the additional layer consumed considerable energy, which could reduce the driving force of crack growth. Besides, a porous structure of the additional layer after thermal cycling was formed due to “bridging” and “pulling-out” of whiskers, further improving the thermal cycling life of coating with the additional layer.     

蜂窝状水凝胶吸附床传热传质特性数值模拟及验证

对PAM-LiCl水凝胶复合吸附剂进行了吸附特性实验研究,基于D-A方程拟合其特性曲线,建立了该凝胶蜂窝吸附床的三维数学模型,用COMSOL软件完成了吸附床干燥/湿润工况下的动态吸/脱附过程模拟,结合实验完成该数学模型的验证,最终实现吸附床结构的优化。研究表明,蜂窝结构大幅提升了吸附床的吸/脱附性能。吸附速率与蜂窝传质通道的孔隙度呈正相关;总吸水量先增大后减小,当孔隙度为20%时,总吸水量最大。吸附床的吸附量随吸附床厚度的增大而降低。当空气流速低于3.6 m/s时,提高空气流速能显著增强吸附床的吸附性能。蜂窝吸附床解吸性能良好,在60℃ & RH10%的热空气中可实现完全解吸。     

Numerical study of transient heat transfer performance for molten salt receiver tube

The heat transfer experimental system and mathematical model of receiver tube are established to analyze the transient heat transfer performance of molten salt with heat flux of outer wall sudden change, molten salt velocity sharp reduction, heat flux of outer wall and molten salt velocity sharp reduction at the same time. The results show that when the heat flow on the outer wall of the tube changes suddenly (sudden increase or decrease), the temperature of the molten salt in the center of the tube at the inlet section of the heat absorption tube changes less, but the temperature of the tube wall changes faster. When the molten salt velocity sharp reduction, the outlet temperature of molten salt and the outer wall temperature increase with time, but the difference of outer wall and inner wall temperature decreases at first and then increases, when t≥16.0 s, each temperature and temperature difference reach steady state. When the heat flux on the outer wall of the heat absorption tube and the molten salt flow rate in the tube are halved at the same time, the temperature of the molten salt in the center and the outlet of the tube rises first and then decreases with the passage of time. After the steady state, the two molten salt temperatures maintain a constant value and are compared with the transient state. The corresponding molten salt temperature is close to initial starting temperature. The difference of outer wall and inner wall temperature after transient stability is proportional to the heat flux of outer wall, but which is independent of molten salt velocity. The outlet temperature equation of molten salt in receiver tube after transient stability is obtained, which provides a theoretical basis for the outlet temperature control of molten salt in receiver during the transient heat transfer process.     

熔盐吸热管瞬态传热特性的数值研究

建立熔盐吸热管瞬态传热的实验台和数值计算模型,分析管外壁热通量突变、熔盐流速突减、外壁热通量和熔盐流速同时突减对吸热管瞬态传热特性的影响规律,结果表明:管外壁热通量突变(突增或突减)时,吸热管入口段的管中心熔盐温度变化较小,但其管壁温度变化较快。管内熔盐流速突减时,熔盐出口温度和管外壁温度均随时间的推移逐渐增大,而管外壁与管内壁温差随时间的推移先降低后升高,t≥16.0 s,各温度和温差基本稳定。吸热管外壁热通量和管内熔盐流速同时减半时,管中心及出口熔盐温度均随时间的推移先升高后降低,稳态后两处熔盐温度保持定值且与瞬态开始前对应熔盐温度接近。吸热管瞬态稳定后的管外壁与管内壁温差和管外壁热通量变化呈正比,与熔盐流速变化无关。得到瞬态稳定后吸热管熔盐出口温度表达式,为瞬态传热过程中吸热器熔盐出口温度控制提供理论依据。