固体蓄热器放热过程模拟分析与实验研究

为得到工程实际应用中固体蓄热器放热过程的流场分布及流动特性,以工程常用固体蓄热器的放热过程为研究对象,设计一种物理参数非定值的热流固耦合分析方法,通过数值模拟及其实验验证,得到该数值模拟方法的可行性。利用建立的数值模拟方法对固体蓄热器放热过程传热特性进行研究,结果表明:放热过程第1阶段,在低风速循环作用下,放热功率增幅较小,随着蓄热体温度升高,Nu数逐渐降低,并逐渐趋近于等表面热流密度的Nu数,表现出入口段的对流换热特性;放热过程第2阶段,由于风速提升,放热功率显著提高,随着第2阶段的进行,Nu数逐渐增加,对流换热特性较高。

固体蓄热器填充床阻力损失的理论分析和实验研究

建立气体流经不规则蓄热体填充床阻力损失的物理数学模型,分析主要影响因素并确定阻力计算的理论分析式;通过搭建填充床阻力特性实验装置,调节空气流量和温度,对不同形状和尺寸的蓄热体进行阻力特性实验,获得相关实验数据,确定填充床阻力系数f中的相关常数和边界层影响修正项,从而获得气体流经不规则蓄热体填充床阻力损失的计算公式,为光热发电系统中高温固体蓄热器的工业化设计提供理论依据。

固体蓄热器蓄热过程分析与优化研究

固体蓄热器无论作为热电联产机组(CHP)的配置系统还是作为清洁电力的消纳系统都起到一定的"削峰填谷"作用。为了提高固体蓄热器的蓄热效率及蓄热容量,首先对工程常用蓄热体结构的蓄热过程提出了一种热物理参数非定值分析方法,并通过实验验证了该数值分析方法的可靠性。对现有蓄热体结构提出截面和功率分布的优化方式,通过建立数值分析方法对优化前后蓄热体结构进行蓄热性能比较,得出截面优化方式和功率分布优化方式在10 h时刻的最高温度分别降低了3.6%和4.0%,在600℃目标温度下的蓄热容量分别提高了5.0%和6.5%。结合截面优化和功率分布优化的特点进而提出复合优化方式,该优化方式具有横、纵两个方向的优化效果,与无优化结构的蓄热体相比,在10 h时刻的最高温度降低率和600℃目标温度下的蓄热容量提高率分别为7.2%和11.0%。

基于高倍率蓄热的固体蓄热器研究及应用分析

设计一种高倍率蓄热体结构,通过改变加热孔相对位置及增加加热孔数量,降低蓄热体结构的砖隙比,与传统型蓄热体结构的蓄热容量及最终时刻的蓄热温差进行比较及应用分析。结果表明:高倍率蓄热体结构引入正三角排列的加热孔和将砖隙比降至3.7后,目标温度下蓄热容量增加12%,最终蓄热状态的温度分布更加均匀,与传统蓄热体相比较整体温度降低9.2%,蓄热体温差降低13.6%;应用高倍率蓄热器的工程项目运行结果良好,两台高倍率蓄热器都达到理论热容量的77.5%和80.0%,仿真和实验结合方法确定合闸、跳闸温度可靠,符合设计需求。

固体蓄热装置蓄热过程模拟分析与实验研究

设计一种采用分组投切的固体蓄热装置,并以此设计搭建总加热功率150 kW的固体蓄热实验装置,搭建热物理参数非定值的数值计算方法,模拟出炉体的温度场分布,并与定值参数进行对比,得到热物理参数非定值与定值的温度曲线和蓄热量曲线;通过数值模拟和实验数据相结合的方法,确定非定值法数值计算方法的可行性;设计一种分组投切的加热方式,对分组加热的固体蓄热装置进行蓄热量及温度分析。结果表明,采用整体加热的炉体温度梯度分布区间较大,传感器点温度有温差;采用分组加热的炉体温度梯度分布区间相对缩小,传感器间温度几乎相等,相同蓄热目标温度下,提高蓄热量6.0%。

新型蓄热体结构蓄热过程分析

为提高工程实际应用中固体蓄热器蓄热体的蓄热能力,以碱性耐火材料MgO砖作为蓄热介质,设计一种新型蓄热体结构,基于物理参数非定值的热分析方法,对新型蓄热体结构的蓄热性能及温度分布情况进行分析。结果表明:目标蓄热时间下,传统蓄热体温度分布梯度较大,温度分布以蓄热体中心点为核心呈面性递减,整体温差值为227.0 K,新型蓄热体温度分布以横向轴线呈线性递减,整体温差值为107.8 K,较传统蓄热体整体温差值减小119.2 K,监测点温度偏差率降低5.7%;目标蓄热时间下,传统蓄热体网格节点温度在设计蓄热温度873 K温度段占比仅为8.7%,而在高温段占比达到70.1%,整体温度分布不均,新型蓄热体网格节点温度在设计蓄热温度873 K温度段占比达60.4%,未形成明显高温段,整体温度分布更优;目标蓄热温度下,新型蓄热体结构的实际蓄热容量达到理论蓄热容量的96%,较传统蓄热体提升16%,同时相同蓄热容量下体积仅有传统蓄热体的83%,能有效提高蓄热体蓄热能力,相应降低蓄热成本,有利于市场推广。

基于MgO砖非定值物理特性的蓄热体热分析

以工程中常用的MgO砖蓄热体结构为研究对象,通过热物性参数的非定值特性,拟合出相关参数曲线,并对热物性参数的定值和非定值进行对比分析,通过实验验证非定值分析方法的正确性。以非定值分析方法对蓄热体进行不同蓄热功率分析,得到对应的蓄热时间和蓄热容量的变化趋势,并从蓄热体整体和局部的角度出发,分析蓄热体不同位置的温度分布情况。结果表明,定值、非定值分析结果差异较大,通过实验方法验证非定值分析方法的可靠性。蓄热体整体温度分布由中心向四周呈递减趋势,其局部分析中热源之间的温度呈凹抛物分布。蓄热容量随蓄热功率增加而减小,在该结构下达到理论蓄热容量的80%时,蓄热功率需低于110 kW。