CN111797498A - 一种用于rto的低维度器件群的设计方法 - Google Patents

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徐静文
刘燕英
余晨曦
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Abstract

本发明公开了一种用于RTO的低维度器件群的设计方法，包括如下步骤：(1)选取直径为d0的圆柱形纤维束作为一个低维度器件；(2)在椭圆形范围内将大量低维度器件按照顺排方式进行排列，相邻的低维度器件间的横向间距为x，纵向间距为y，以为横向一行作为一排，则一个低维度器件群纤维束的排数为n排。本发明能够有效强化传热效果，提高经济、工程价值。

Description

一种用于RTO的低维度器件群的设计方法
技术领域
本发明涉及储热技术领域，尤其是一种用于RTO的低维度器件群的设计方法。
背景技术
工业发展引起的环境污染问题备受瞩目，其中生产过程中产生的废气是污染的元凶之一。对工业废气的有效处理是建设可持续发展社会必不可少的一环。目前，针对易挥发性有机废气的净化，RTO是技术成熟且应用普遍的一种节能系统，它净化效率和热效率都很高，且适用于处理各种组成成分和浓度的有机废气。
在储热应用方面，很多广泛使用的显热、潜热储热材料内部的传热系数不高，在生产实践中多采用翅片、添加高导热纤维和纳米颗粒、泡沫类多孔复合结构以及胶囊等手段来强化传热，这些微尺度的结构大幅度的提高了体系的换热面积，能够取得较好的传热强化效果，因而采用低维度器件群来达到类似的效果是切实有效的。
蜂窝陶瓷因其效率高、有效换热面积大等特点在实际应用中是较为广泛的蓄热体，但它仍存在一些问题，比如换热周期太小、易堵塞、生命周期短、成本高等问题仍亟待解决。因此，研制一种采用低维度器件群用于RTO的设计方法来解决这些问题，有效提高其经济、工程价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于RTO的低维度器件群的设计方法，能够有效强化传热效果，提高经济、工程价值。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于RTO的低维度器件群的设计方法，包括如下步骤：
(1)选取直径为d0的圆柱形纤维束作为一个低维度器件；
(2)在椭圆形范围内将大量低维度器件按照顺排方式进行排列，相邻的低维度器件间的横向间距为x，纵向间距为y，将横向一行作为一排，则一个低维度器件群纤维束的排数为n排。
优选的，低维度器件的短轴长度Dx＝(n-1)x+d0，长轴长度为Dy＝(n-1)y+d0，设置各仿真参数的取值范围，其中d0的取值范围为2-10mm，x的取值范围为1.2d0～4d0，y的取值范围为1.2d0～4d0，n的取值范围为10～200。
优选的，相似比Cx＝Dx/d0，Cy＝Dy/d0取值范围限定在15-50。
优选的，按纵向间距为Lx、纵向间距为Ly对每个低维度器件群进行等间隔平行排列，且使用叉排方式对低维度期间群进行排列；器件群排数为m，设置各仿真参数的取值范围，其中Lx的取值范围为0.8Dx～3Dx，Ly的取值范围为0.8Dy～3Dy，m的取值范围为10～200。
优选的，低维度器件群以垂直于气体流动方向放置，其两端铰接固定在壳体上，组成蓄热室的蓄热体，使得气体以横掠形式流动；蓄热体具有多级流道的结构，单个低维度器件群内密集排布的低维度器件间的间隙构成微流道，器件群之间的间隙构成主流道。
本发明的有益效果为：(1)使用低维度器件作为基础蓄热单元，能够获得更大的比表面积，有效强化传热效果；(2)采用横掠的流动方式代替传统热力氧化器的纵掠方式，流体所流过的壁面长度远小于纵掠，因此边界层厚度比纵掠时薄的多，以获得更大的换热系数；(3)采用低维度器件和多级流道的布置能够获得更高的换热系数，从而获得更陡峭的温跃层，增大换向周期，从而提高放热效率、进一步增强稳定性；(4)选取了合适的排列间距，通过模拟所得单位质量稳定放热功率分析，结合内部流速分布情况选取合适的排列间距，以获得最优的流场情况以及换热性能；(5)确定了合适的相似比，根据模拟对微流道内流速百分比分析，兼顾各方面因素，选取合适的相似比从而获得较为满意的结果；(6)采用多级流道，能够忍受更大的流速，单位时间气体处理量得到大大提升，系统获得更好的稳定性，为达到相同的处理量，本发明所需蓄热室体积有明显减小，从而使得RTO装置整体的占地面积较小，利于装置的实际应用；(7)低维度器件群在流速较快的流场中会产生流体诱导振动，其振动幅度可以和微流道的特征直径相当，不仅会对垂直于固体表面的流速产生大的扰动，而且还会因相邻器件的振动接触对流体同时产生挤压，从而达到强化传热的效果。
附图说明
图1(a)为单个低维度器件群的排列方式平面示意图。
图1(b)为单个低维度器件群的排列方式立体示意图。
图2为本发明的蓄热室低维度器件群的排列方式示意图。
具体实施方式
如图1(a)、图1(b)和图2所示，一种用于RTO的低维度器件群的设计方法，包括如下步骤：
(1)选取直径为d0的圆柱形纤维束作为一个低维度器件；
(2)在椭圆形范围内将大量低维度器件按照顺排方式进行排列，相邻的低维度器件间的横向间距为x，纵向间距为y，将横向一行作为一排，则一个低维度器件群纤维束的排数为n排。
选取直径为d0(2-10mm)的圆柱形纤维条作为一个低维度器件。
在椭圆形范围内将大量低维度器件按照顺排方式进行排列，相邻的低维度器件间的纵向间距为x，横向间距为y，以为横向一行作为一排，则一个低维度器件群纤维束的排数为n排。则一个低维度器件的短轴长度Dx＝(n-1)x+d1，长轴长度为Dy＝(n-1)y+d1。设置各仿真参数的取值范围，其中d0的取值范围为2-10mm，x的取值范围为1.2d0～4d0，y的取值范围为1.2d0～4d0，n的取值范围为10～200。
按纵向间距为Lx、纵向间距为Ly对每个低维度器件群进行等间隔平行排列，且使用叉排方式对低维度器件群进行排列，器件群排数为m。设置各仿真参数的取值范围，其中Lx的取值范围为0.8Dx～3Dx，Ly的取值范围为0.8Dy～3Dy，m的取值范围为10～200。
记Cx＝Dx/d0，Cy＝Dy/d0为相似比，选取合适的相似比，设置相似比c的取值范围为15-50。d0取值为3mm，x取值为4.2mm，y取值为7.8mm，n取值为19。Lx取值为78.6mm，Ly取值为143.4mm，m取值为30。Cx取值为26.2，Cy取值为46.8。
采用例如纤维束的低维度器件，以达到在同等质量或占据同等体积情况下可以有更大的换热面积。
低维度器件群以垂直于气体流动方向放置，其两端铰接固定在壳体上，组成蓄热室的蓄热体，使得气体以横掠形式流动。
蓄热体具有多级流道的结构。单个低维度器件群内密集排布的低维度器件间的间隙构成微流道，器件群之间的间隙构成主流道。微流道流固换热面积大，以实现固体和流体快速换热；主流道内较小的阻力使得换热完成的气体快速流出；多级流道结构的设置，使得RTO能够承受更大的流速。大流速情况下，压降比较小，完成换热的气体能够及时流出，从而有效强化传热效果。

Claims (5)

1.一种用于RTO的低维度器件群的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选取直径为d0的圆柱形纤维束作为一个低维度器件；
(2)在椭圆形范围内将大量低维度器件按照顺排方式进行排列，相邻的低维度器件间的横向间距为x，纵向间距为y，将横向一行作为一排，则一个低维度器件群纤维束的排数为n排。
2.如权利要求1所述的用于RTO的低维度器件群的设计方法，其特征在于，低维度器件的短轴长度Dx＝(n-1)x+d0，长轴长度为Dy＝(n-1)y+d0，设置各仿真参数的取值范围，其中d0的取值范围为2-10mm，x的取值范围为1.2d0～4d0，y的取值范围为1.2d0～4d0，n的取值范围为10～200。
3.如权利要求1所述的用于RTO的低维度器件群的设计方法，其特征在于，相似比Cx＝Dx/d0，Cy＝Dy/d0取值范围限定在15-50。
4.如权利要求1所述的用于RTO的低维度器件群的设计方法，其特征在于，按纵向间距为Lx、纵向间距为Ly对每个低维度器件群进行等间隔平行排列，且使用叉排方式对低维度期间群进行排列；器件群排数为m，设置各仿真参数的取值范围，其中Lx的取值范围为0.8Dx～3Dx，Ly的取值范围为0.8Dy～3Dy，m的取值范围为10～200。
5.如权利要求1所述的用于RTO的低维度器件群的设计方法，其特征在于，低维度器件群以垂直于气体流动方向放置，其两端铰接固定在壳体上，组成蓄热室的蓄热体，使得气体以横掠形式流动；蓄热体具有多级流道的结构，单个低维度器件群内密集排布的低维度器件间的间隙构成微流道，器件群之间的间隙构成主流道。
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