【温度】水平砂质量流下翅片管与鼓泡流化床传热的实验研究Matlab实现

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🔥 内容介绍

水平砂质量流下翅片管与鼓泡流化床传热的实验研究是热能存储等领域的重要研究内容，旨在探究两者之间的传热特性，以优化换热器设计和提高传热效率。以下是相关实验研究的具体情况：

• 研究背景

  ：SandTES 技术利用流化床逆流换热器进行热能存储，其主要特点是由垂直气流流化的沙子（SiO₂）颗粒水平流过由几排水平管组成的换热器。过去关于密相流化床传热的研究主要集中在固定（搅拌釜）系统，对于纵向或螺旋翅片的影响几乎没有相关信息，且现有预测管表面与周围流化床之间传热系数的关联式对于 SandTES 技术中水平砂流的情况并不适用。

• 实验设计

  ：为了研究不同管排列和流动条件对外部对流换热系数的影响，以及使用翅片管可能带来的改进，研究人员设计了多个小型试验台。例如，在一些实验中，采用了不同管径、管排角度、管排数的翅片管，同时改变砂粒的粒径、流体速度等参数，以全面考察各因素对传热的影响。

• 实验结果
  • 翅片管类型和排列方式的影响

    ：横向排列的螺旋翅片管，即水平砂流垂直于管轴时，每管长度的传热系数（即虚拟传热系数）可提高 3.5 倍，在环境温度下达到约 1250W/m²K。

  • 颗粒粒径的影响

    ：床层颗粒直径是影响传热系数的重要参数之一。一般来说，颗粒粒径越小，传热系数越高，因为较小的颗粒具有更大的比表面积，能增强与翅片管表面的热交换。

  • 流体速度的影响

    ：随着表观气速的增加，传热系数增大，这是因为较高的气速能增强颗粒的运动和混合，从而促进热量传递。但当气速增大到一定程度后，传热系数的增加趋势可能会变缓。

• 研究意义

  ：该研究提出的新设计标准有助于设计紧凑、低成本的热能存储用换热器，特别是电热能存储系统，为相关领域的技术发展和应用提供了重要的实验依据和理论支持。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

function g = green_matrix( d , e)

% Calculation of Green matrix [g]_de for every panel combination

    global a;

    u = a^2 * [1; 1; 1; 1]; % Vector of Integration Weights for 4 Integration Points

  v = a^2 * [25/81; 40/81; 25/81; 40/81; 64/81; 40/81; 25/81; 40/81; 25/81]; % Vector of Integration Weights for 9 Integration Points

    % number of integration points per panel

N = 4;     % = length(u);

M = 9;     % = length(v);

N_1 = zeros(12,N);

N_2 = zeros(M,12);

    % x-y-coordinates of integration points & panel centre

[ x_1_d , y_1_d , x_2_d , y_2_d , mp_x_d , mp_y_d ] = integration_points( d );

[ x_1_e , y_1_e , x_2_e , y_2_e , mp_x_e , mp_y_e ] = integration_points( e );

for i = 1 : N

        N_1(1:12,i) = u(i) * transpose(basis_vector(d, x_1_d(i), y_1_d(i)));

%         N_1(1:12,i) = u(i) * transpose(basis(d, x_1_d(i), y_1_d(i)));

    end

for i = 1 : M

        N_2(i,1:12) = v(i) * basis_vector(d, x_2_d(i), y_2_d(i));

%         N_2(i,1:12) = v(i) * basis(d, x_2_d(i), y_2_d(i));

    end

if d == e

        green = zeros(N,M);

        for i = 1 : N

            for j = 1 : M

                % green(i,j) = green_finite_meylan(x_1_d(i), y_1_d(i), x_2_d(j), y_2_d(j)); % d=e

                green(i,j) = green_finite(x_1_d(i), y_1_d(i), x_2_d(j), y_2_d(j)); % d=e

                % green(i,j) = green_infinite(x_1_d(i), y_1_d(i), x_2_d(j), y_2_d(j)); % d=e

            end

        end

        g = N_1*green*N_2;

    end

    if d ~= e

        green = zeros(N,N);

        for i = 1 : N

            for j = 1 : N

                % green(i,j) = green_finite_meylan(x_1_d(i), y_1_d(i), x_1_e(j), y_1_e(j)); % d != e

                green(i,j) = green_finite(x_1_d(i), y_1_d(i), x_1_e(j), y_1_e(j)); % d != e

                % green(i,j) = green_infinite(x_1_d(i), y_1_d(i), x_1_e(j), y_1_e(j)); % d != e

            end

        end

        g = N_1*green*transpose(N_1);

    end     

end

🔗 参考文献

[1]邱桂芝.大型循环流化床环形炉膛气固流动特性CPFD数值模拟和实验研究[D].中国科学院研究生院(工程热物理研究所),2015.

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