D0I:10.13374/i.issn1001053x.2001.01.034 第26卷第4期 北京科技大学学报 Vol.26 No.4 2004年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2004 球体蓄热体的热饱和时间 吕情恒程素森杨天钧 北京科技大学冶金与生态1程学院，北京100083 摘要以加热炉中烟气出口处蓄热体为研究对象，建立了-一维非稳态导热过程的数学模 型，采用有限差分法进行模型的离散化.使用C+语言开发了计算球体蓄热体热饱和时间的 程序，确定了蓄热体热饱和时间与各种影响因素之间的关系，结果表明，对流换热系数的增 加会缩短蓄热体的热饱和时间，而蓄热体热容、密度及其半径的增加均使得蓄热体的热饱和 时间线性增加. 关键词蓄热体：热饱和时间：数学模型 分类号TF777 加热炉中的废烟气，其温度一般在1000℃左 热问题 右，回收废烟气中的能量，可以达到环保与节能 初始条件为：t=0,0r<R,1,=. 的双重目的，具体实施方法是设置两个烟气出 边界条件为：r=R部-dr- 口，并且在烟气出口处放置一定数量的蓄热体， =0. 利用其蓄热能力吸收废烟气的能量.待其中一个 r=0,r 烟气出口处的蓄热体温度达到热饱和温度时，则 关闭这一烟气出口.同时打开另外一个烟气出 2控制微分方程的离散化 口.就这样不断的进行换向循环. 球体为一维非稳态导热，离散网格沿任意方 基于这一实际背景，为控制换向时间和确定 向划分如图1所示. 热饱和时间，本文主要研究了影响实心球蓄热体 N 热饱和时间的各种因素，包括蓄热体导热系数、 n 蓄热体半径、蓄热体与烟气的对流换热系数、蓄 P 热体的密度以及热容， 1蓄热体传热数学模型的建立 N 图1网格划分示意图 对于加热炉中的实心球蓄热体，设其半径为 Fig.1 Sketch map of grid partitioning R,初始温度为，其外边界与外部气流的对流换 热系数为a,烟气温度为.建立球坐标系，设蓄热 致a忌有： 体材质均匀，且关于任一直径和球心对称，则控 dt 1 d(ot :=,r (2) 制微分方程为： -别 2.1内部节点的离散化 (1) 取一长为sn,宽高均为一个单位的微元控制 其中，P为蓄热体的密度，c为蓄热体的热容，为 体，从s到n积分，得到： 导热系数，由式(1)可知，该问题为一维非稳态导 (af rdr- 收稿日期20030402昌情恒男，24岁，硕士研究生 a-= *国家自然科学基金资助项目(No.50144005)第 2 6 卷 第 4 期 2的 4 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u 现 a l of U n vi e r s yit o f S e i e n c e . n d Tc e h n o l o yg B e ij益n g V 匕】 一 2 6 N 0 . 4 A u g . 20 0 4 球体蓄热体的热饱和 时间 吕 情 恒 程 素森 杨 天 钧 北京科 技大学 冶金 与生 态工 程 学院 , 北 京 10 0 0 8 3 摘 要 以加热 炉 中烟气 出 口 处 蓄 热体 为研 究 对象 , 建 立 了一维 非稳态 导热 过 程 的数 学模 型 , 采用 有 限差 分法 进行 模 型 的离 散化 . 使 用 C+ 语 言开 发 了计算 球 体蓄 热体 热 饱和 时 间的 程序 , 确 定 了 蓄 热 体热 饱和 时 间与 各种 影 响 因 素之 间的关 系 . 结 果表 明 , 对流 换 热系 数 的增 加会 缩 短蓄 热体 的 热饱 和 时间 , 而蓄 热 体热 容 、 密 度 及其 半径 的增 加 均使 得 蓄热 体 的热饱 和 时 间线性 增 加 . 关键词 蓄 热体 ; 热 饱和 时 间 : 数 学 模型 分类 号 T F 7 7 7 加热 炉 中 的废 烟气 , 其温 度 一般在 1 0 0 ℃ 左 右 , 回收废 烟 气 中的 能量 , 可 以达 到 环保 与 节 能 的 双 重 目的 . 具体 实施 方法 是 设 置 两 个 烟 气 出 口 , 并且 在 烟 气 出 口 处 放 置 一 定数 量 的 蓄 热体 , 利用 其 蓄热 能 力吸 收废 烟 气 的能 量 . 待 其 中 一个 烟 气 出 口 处 的 蓄热 体温度 达 到热 饱和 温度 时 , 则 关 闭这 一烟 气 出 口 , 同 时打 开 另 外 一 个 烟 气 出 口 . 就 这 样不 断 的 进 行换 向循 环〔1川 . 基 于 这 一 实 际背 景 , 为 控 制换 向时 间和 确 定 热 饱 和 时间 , 本 文 主要 研 究 了 影 响 实心球 蓄 热 体 热 饱 和 时 间 的各 种 因素 , 包 括 蓄热 体 导 热 系 数 、 蓄 热 体 半径 、 蓄 热体 与烟 气 的对 流 换 热 系 数 、 蓄 热 体 的 密度 以及 热 容 . 热 问题 . 初 始条 件 为 : : 二 0 , 0 < r < R , tr 二 .t0 边 界条 件 为 : r “ 凡 r 二 O , 、亲 一 a (t 一 。; 佘 一 0 . 2 控 制微 分 方 程 的 离散 化 球 体 为 一维 非 稳 态 导热 , 离散 网格沿 任 意方 向划 分 如 图 1 所 示 . 一 ù一`一币 T . 一cP、 ǔ仁口一八卜八 一 1 蓄热 体传热 数 学模 型的 建 立 对于 加 热 炉 中 的实心 球 蓄 热 体 , 设 其 半径 为 R , 初 始 温 度 为 0t , 其 外 边 界 与外 部 气 流 的对 流 换 热系 数 为 a , 烟 气温 度 为寿 . 建 立 球 坐 标 系 , 设蓄 热 体 材 质均 匀 , 且 关 于 任一 直 径和 球心 对 称 , 则控 制 微 分 方程 【5一们 为 : 刁t l , 日 f 。 刁t 、 cP 云一月亩丫公) (l) 其 中 , p 为 蓄热 体 的 密度 , c 为蓄 热 体 的热 容 , 又为 导 热系 数 . 由式 ( l) 可 知 , 该 问题 为一 维 非 稳 态 导 } N 图 1 网格 划 分示 意 图 F i g . I S耽t e h m a P o f g r i d p a rt i t i o n i n g 取 a _ 1 a f 日r 、 a 下币于飞勺万) ( 2 ) .2 1 内部 节 点 的 离散 化 取 一 长 为 sn , 宽高 均 为一 个 单位 的微 元控 制 体 , 从 s 到n 积 分 , 得 到 : 收稿 日期 2 0 3刃4刁2 吕情 恒 男 , 2 4 岁 , 硕士 研究 生 * 国 家 自然 科 学基 金资助项 目困 。 乃01 4 4 0 0 5) “ 一 ` ,`一工 什 ` ’ 工 ” · 燎(啥)dr - a 工 ” ` ’ {青{〔母) 。 一 ! 、斋! , {} d一 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 04. 034