固定床内错流传热——-II. 床层对壁给热系数的经验关联式

采用3种导热性能不同的固体颗粒为填充物，以空气为介质，在床层被加热的情况下，研究了固定床中内置圆管的错流传热. 采用最小二乘法对实验数据进行拟合，得到以床层对壁的平均给热系数、气体的导热系数和床层中被加热圆管的管径计算的Nusselt准数经验关联式: Nuf 31( b0/ s)1.4(Db/Dp)0.2Rep0.33Pr0.62, Rep 10 180, Db/Dp 28 116, b0/ s 0.5 0.2. Reynolds数以固体颗粒的等外表面积当量直径进行计算. 结果表明，在错流传热过程中，表征气体流动特性的参数Rep仍是错流传热的重要影响因素，Nusselt准数除与床层的结构参数Db和颗粒的当量直径Dp有关外，还与颗粒的导热系数 s和床层的导热系数 bo密切相关.     

固定床冷却的错流传热

采用挤条型催化剂载体Al2O3和合成氨铁系催化剂为填充物,以空气为介质,在床层被冷却的情况下,研究固定床中内置圆管被冷却的错流传热。被冷却床层中的等温线是以流动方向为长轴的椭圆形曲线,被冷却的区域主要在换热管的后方,其前方几乎没有影响。错流传热过程与流体流动方向密切相关,床层被冷却时,热量传递是逆流体流动方向进行,顺流动方向几乎不发生热量传递。得到了气体雷诺数为10-220,床径／粒径为3～15条件下填充低导热系数颗粒和高导热系数颗粒床层的传热关联式。     

固定床内错流传热——I.床层的温度分布

对固定床中流体与换热管呈错流流动的传热进行了实验研究,并以二维传热模型进行模拟.比较模拟结果与实验测得数据得到如下结论:错流传热影响区域主要在换热管的后方,在前方几乎没有影响;错流传热过程与流体流动方向密切相关,热量传递顺流体流动方向进行,逆流动方向几乎不发生热量传递;随着Reynolds数增大,等温线范围变窄,被加热区宽度变小.拟合关联得到了壁给热系数hw和床层有效导热系数lb的关系式:hwDP/lf=14.77+0.058RePr,l/l=15.14+0.296RePr.     

固定床内错流传热——-I. 床层的温度分布

对固定床中流体与换热管呈错流流动的传热进行了实验研究，并以二维传热模型进行模拟. 比较模拟结果与实验测得数据得到如下结论：错流传热影响区域主要在换热管的后方，在前方几乎没有影响；错流传热过程与流体流动方向密切相关，热量传递顺流体流动方向进行，逆流动方向几乎不发生热量传递；随着Reynolds数增大，等温线范围变窄，被加热区宽度变小. 拟合关联得到了壁给热系数hw和床层有效导热系数 b的关系式：hwDP/ f=14.77+0.058 RepPr, b/ f=15.14+0.296RepPr.     

填充床层热之传导——床层之温度分布

作者用低导热系数(包括玻璃、磁)的球体、圆柱体、环柱体与高导热系数(包括铜、铁的球体,圆柱体为填充物,以空气为传热介质,使其在管径为81毫米之填充床层内冷却,改变流体流量,床层高度及填充物大小,通过试验测出在不同的条件下床层的径向温度分布,并应用积分法、直流电模拟计算法及图解法求得床层的有效导热系数及管壁薄膜传热系数.在试验范围:低导热系数填充物D_P/D_t自0.074—0.254;高导热系数填充物D_p/D_t自0.12—0.2,L/D_t自5—15,Re汇数自130—1400,即直线速度自0.5—1.6公尺/分,若以床层进出口平均温度之数学平均值为定性温度,则床层之有效导热系数及管壁薄膜传热系数可分别归纳于下式:低导热系数填充物:K_e=0.182(D_t/D_p)~(0.45)Re~(0.75),h_w=65e~(-4)(D_p/D_t)(K/D_t)((D_t/L))~(0.2)Re~(0.4)高导热系数填充物:K_e=0.3k(D_t/D_p)~(0.6)Re~(0.72),h_w=5.1(K/D_t)(D_t/D_p)~(0.8)(D_t/L)~(0.1)Re~(0.46)填充物形状对K_e及h_w的影响,仅需将D_p用 D’_p代替,同时把K_e式中之常数0182及03各改为0.22及0.38即可.直流电模拟计算法系利用电压表示温度,电阻表示传热阻力,电流表示热的流动,是简单的模拟计算机的一种,它在近代工程上的应用日渐广泛,有了传热数据应用它来求床层的温度分布异常方便.     

流体流过填充床层冷却之传热系数

填充床层之传热系数包括二重阻力,即床层内部的传热阻力和床层与管壁界面间薄膜的传热阻力。本文以空气和水为传热介质,使其流过填充床层冷却,改变操作条件和床层构造,考察了Pr准数,床层高度、填充物的导热系数和形状对於传热系数的影响。由於高速固定床接触反应器和填充热交换器逐渐在工业上取得了应用,高线速下的传热数据需要迫切,因此试验的范围采用了较大的Re准数。 玻璃或磁质等低导热系数球状填充物的传热系数可归纳成: 试验范围: D_p/D_t=0.08～0.5; L/D_t=10～30; Re=250～6500; Pr=0.722～4.8 铜、铁等高导热系数球状填充物的传热系数可归纳成: 试验范围; D_p/D_t=0.1～0.5;　Re=300～10,000; 　 L/D_t=10～30 在此范围内所有试验皆经过二次以上的重复试验,误差一般不大於5%。 以圆柱体为填充物的传热系数,仅须将修正Re准数中的几何量D_p,改成与圆球具有相同的几何表面面积的球径D_p即可。 以上二式说明流体的物理性质即Pr准数对传热系数的影响不很显著,床层高度对传热系数的影响:低导热系数填充物的传热系数随L/D_t比率之减小而逐渐增大,L/D_t>30,影响甚微,L/D_t=20,误差约7%,L/D_t=10,误差可达15%;高导热系数填充物的传热系数随L/D_t的增大略有增大的趋势,但影响     

气体流动条件下钴基催化剂固定床的传热

在气体流量4~8 Nm3/h、气体分布器进口温度190~210℃、加热管壁温约240℃的条件下,对气体流动时活性组分呈蛋壳型分布的钴基催化剂固定床的传热进行了实验研究,建立了二维拟均相传热模型,利用正交配置法和Levenberg-Marquardt法对其求解,得到了钴基催化剂床层径向有效导热系数及壁给热系数的关联式,并将传热参数与由气体处于静态时固定床的有效导热系数计算而得的固定床传热参数值进行了比较,在气体入口温度范围内考察了其对固定床传热参数的影响. 结果表明,实验所得传热参数与文献值的最大偏差绝对值均在15%以内.     

活性焦传热系数的测定

为研究活性焦传热性能,把床层径向传热简化为径向有效导热,将轴向传热看成轴向有效导热和流体流动传热2项组成,自制传热系数测定装置,改变扰流气体流速,测定床层轴向和径向温度分布,利用Matlab软件,采用正交配置法进行数据处理,通过赋予初值,采用最优化方法求解模型偏微分方程,得出径向有效导热系数Ker及壁给热系数Hw。试验结果表明:活性焦有效导热系数约为1.39 W/(m·K),壁给热系数随着颗粒雷诺数的增加而增加。试验测定的壁给热系数与低传热系数材料的壁给热系数经验公式较吻合。     

有助于掌握化工原理内容与实质的联系图(八)流体通过颗粒床层的流动

颗粒与颗粒床层主要特性与参数f 颗 粒 特 性11.当量直径:用体积相等法表示『 aev=(半广; 用比表面相等法表示 dea=6/a2.床层颗粒的平均当量直径 dp=∑ zldi i曩13.床层颗粒的比表面积 A -。_F4.颗粒的形状系数 耷。=等5.颗粒雷诺数 ‰=等～ 床 层 特 性颗粒床层窄隙率床层的体积一颗粒所占体积 V一一V:。 床层的体积2.床层的平均截面积S。一vI:1-l一旦一 ‘ V床层截面积一颗粒所占的截面积 床层截面积 S—S-一 S3.床层的比表面积 a·=a(1—8)4.床层孔道的当量直径 . e de:=:丽≯5.床层雷诺数 风={_P一嵩过滤设备△,基 本 原 理 流体通…     

气体在热交换器管内呈稳定湍流时给热系数的图解法

气体在管内呈稳定湍流时的给热系数可用下式表达:Nu=0 .023Re0·sFro·4(1)功50的无缝钢管时的给热系数是多少?解:从附图中可解得 。=18.2千卡/米“·小时·℃ d二压下 入__之几一剑U 0公式内符号二一。.。23粤(训丫‘’(卫鹦旦丝、““(:) 肋\户I\八I因得化简:。一1·51鳄岁岁入影(3) 。)中值得注意的匙61~嘿类黔竺仅仅是流体性质和温度的函数,因此方程(3)可改写成: _臼0.a二子二而 忆乙一甲(4)式中:丹=注中*式句~立空少”’ 120C,o’4 a—给热系数(千卡/米2·小时·℃)Nu—努塞尔特准数Re—雷诺准数Pr—普兰特准数 入—流体的导热系数…     

气液固多相体系搅拌釜壁侧给热系数的测定和研究

在无挡板、平底、有夹套的模拟搅拌釜中,对气液固多相体系的给热系数进行测定和研究。选用含单位质量功的无因次准数εD~4/ν~3m关联给热系数。本文着重研究漩涡吸入气体时搅拌釜壁侧的传热规律,对气体吸入前后的功率准数分别提出计算式。研究结果可供气液固多相体系聚合釜放大设计时参考。     

氧热法电石合成气流床反应器的流动特性

针对氧热法电石合成的电石生成吸热和碳燃烧放热耦合特点,构思并研究了适用该过程的两相气流床反应器。采用空气-氯化聚氯乙烯(CPVC)-磷酸钙颗粒[Ca3(PO4)2]模拟物系,实测了不同喷射气速、固体颗粒进料速度情况下气流床床层内局部气速的轴径向分布、固体颗粒浓度的轴径向分布。结果表明:床层局部气速沿反应器轴向高度的增大而减小,并在轴向位置H=0.90 m时达到最小;在同一喷射气速下,床层局部气速沿反应器径向分布随着无因次半径r/R的增加而减小;当喷射气速Ug在68.80 m/s到98.29 m/s之间变化时,固体颗粒浓度在床层轴向位置上先增大后减小,并且其值在H=0.40 m时最大;同一进料速度下,在反应区固体颗粒浓度从床层中心到床层壁面处一直在增大。上述结果表明,电石生成反应与燃烧供热反应原位耦合于气流床中是可行的。     

固定床错流流动和传热耦合的数值模拟

引入对流项和黏性项的流动模型和传热模型耦合,对内置传热管构件的固定床错流传热进行了研究,获得了床层温度分布,并与文献实验数据进行比较:计算值与文献实验值基本一致,表明模型能正确描述床层的温度分布。然后在不同的三角形和正方形排列方式情况下,研究了床层内在多圆管管间及周边的温度分布,结果表明:错流传热与流体流动方向密切相关,床层被加热的区域在加热管二侧,管壁附近和床层加热管前方,这些区域出现了较宽的被加热区;采用三角形排列方式,与采用正方形排列方式相比,强化了床层内的对流传热,使得床层内温度分布更趋于均匀。     

低流量下微细颗粒固定床的温度分布及有效传热参数研究

为探索微小型热生物传感器中反应器内部的传热特性,研究了恒壁温(60℃)条件下,低流量(5,3和1 mL·min-1)和微细颗粒直径(平均直径分别为1,0.75和0.45 mm)对固定床内部温度分布的影响,并结合二维均相传热理论模型,获得了有效径向导热系数和有效壁面传热系数等重要参数。研究结果表明,即使在流量非常小(如1 mL·min-1)的情况下,固定床入口段温度分布也很不均匀,存在明显的"入口段效应",但随着床层的增高,这种效应快速减弱;实验所采用树脂颗粒的导热系数很低,颗粒直径越小,接触热阻和流动阻力也越大,导致其有效传热参数越小,不利于热生物传感器中微量反应热信号的检测;在相同Rep时,本研究的有效径向导热系数明显小于文献值,而有效壁面传热参数与多数文献值比较接近。     

PEG/活性炭复合物的热性能研究

以活性炭颗粒（ACG）为吸附增强材料,聚乙二醇（PEG6000）为相变材料,采用物理共混法制备了PEG/活性炭复合物。利用差示扫描量热仪、导热系数测定仪、高温综合热分析仪对所得复合材料的热性能进行了研究。结果表明,加入活性炭颗粒,可提高材料的导热系数和热稳定性。     

太阳辐射对高温热管接收器传热的影响

为了研究高温热管太阳能接收器的传热性能,研究了其基本传热元件——高温热管在相应工作条件下的导热性能.基于高温热管半周向加热条件下传热特性试验的结论,研究了高温热管接收器工作时太阳辐射与热管温差的对应关系,从而得出太阳直射辐射与高温热管当量导热系数的关系.研究结果表明：太阳辐射强度对高温热管的当量导热系数具有重要影响,随着太阳辐射的增强,高温热管当量导热系数不断增大,当太阳辐照度1 000 W/m^2时,当量导热系数达11 400 W/（m.K）.表明高温热管太阳能接收器在工作环境中,太阳辐射越强,传热性能越好.     

管式固定床反应器柱状颗粒床层流体流动模拟与实验研究

针对管式固定床反应器内管束数量多、规模大等特点,选取单个管束作为特征结构。对装填不同直径柱状颗粒的管束,采用程序坐标定位的方法,建立柱状颗粒床层的物理模型。采用DEM与CFD联合数值仿真方法,探究反应管内径与柱状颗粒的等比表面积球当量直径之比(管径比Di/dp)对柱状颗粒床层流体流动的影响,并建立单管固定床反应器试验台,采用差压测试方法进行实验研究。结果表明,当Di/dp由5.37增至12.75时,床层空隙率和流体分布均匀性均得到改善,壁面效应的影响由床层中心减弱到管壁。基于数值模拟及实验结果对Di/dp=12.75的柱状颗粒床层进行床层压降Ergun公式常系数修正,CFD模拟计算的结果与拟合公式吻合较好。研究结果能为固定床反应器压降预测提供参考。     

煅后石油焦热物理性能研究

利用高温导热系数测试仪、TGA/DSC1同步热分析仪研究了煅后石油焦的导热系数、比热容等热物理性能。结果表明:随着温度的升高,煅后石油焦的导热系数和比热容均升高,当温度超过200℃时,导热系数和比热容均出现异常变化,煅后石油焦的氧化起始点为200℃;对导热系数实验数据进行了回归分析,得到了煅后石油焦的导热系数实验关联方程。     

垂直气固两相流动体系中气固两相之间的协同效应探讨

垂直气固两相流动体系中,气体与颗粒之间的相互作用在一定的颗粒浓度范围内存在协同效应.这种协同效应的表现形式是颗粒群中每个颗粒的平均曳力系数CD与单颗粒曳力系数CDs之比CD/CDs＜1.0,协同效应的大小可以用准数Sy=1/(CD/CDs)描述.气固两相之间产生协同效应的微观机制是颗粒之间存在着团聚,这种颗粒团聚使气固两相流动消耗的能量降低,此时气固两相之间的动量和能量传递以能量消耗为最小的方式进行.     

高分子固-固相变材料的热性能

以活性炭颗粒(ACG)为吸附增强材料,高密度聚乙烯(HDPE)、聚乙二醇(PEG)为相变材料,采用物理共混法制备两种高分子固-固相变材料。利用差示扫描量热仪、导热系数测定仪、高温综合热分析仪对所得相变材料的热性能进行了研究。结果表明:入活性炭颗粒,可提高材料的导热系数和热稳定性。