CN112902720A - 一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体设计方法，该方法包括：将预设蓄热体分别在空间和时间上进行离散处理得到多个单元和多个时间步，根据预设的蓄热器参数以及初始蓄热体温度分布计算每个单元内和每个时间步的气流温度和蓄热体温度；根据气流温度和蓄热体温度计算每个时间步和每个单元所对应的实际应力平均温差，判断任一时间步和任一单元所对应的实际应力平均温差是否大于预设的最大应力平均温差；若大于，则调整初始蓄热体温度分布，根据调整后的蓄热体温度分布曲线重新计算得到新的气流温度和新的蓄热体温度，直到实际应力平均温差小于最大应力平均温差为止。本申请解决了现有技术中蓄热体不能满足实际需求的技术问题。

Description

一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体设计方法

技术领域

本申请涉及蓄热器技术领域，尤其涉及一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体设计方法。

背景技术

在高超声速风洞领域，纯净空气加热技术一直是一个难点和热点问题，主要加热器形式有金属蓄热加热器、金属连续式加热器、石墨电感应空心砖蓄热加热器、陶瓷小球蓄热加热器、陶瓷空心砖蓄热加热器等多种形式。其中，陶瓷空心砖蓄热加热器长期运行情况下，一般包括提供2000K量级纯净空气的氧化铝陶瓷空心砖蓄热加热器型式和提供2600K量级纯净空气的氧化锆陶瓷空心砖蓄热加热器型式。因此，陶瓷空心砖蓄热加热器是纯净加热技术中一个重要组成部分。

目前，陶瓷空心砖蓄热加热器中蓄热体的设计过程一般只考虑通气过程换热特性，而未考虑蓄热体内部的导热传热特性，并且一般是根据蓄热单元、热应力、隔热层、初步预热性能的简化设计，其没有闭环考虑通气过程初始时刻匹配的蓄热体温度分布曲线、蓄热体结构、通气过程换热特性、通气过程结构热应力特性的四者相互关联来设计，不能确保空心砖蓄热式加热器的蓄热体在通气过程中不被破坏，因此，现有技术所设计的空心砖蓄热式加热器的蓄热体不能满足实际需求。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中空心砖蓄热式加热器的蓄热体不能满足实际需求。本申请提供了一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体设计方法，本申请实施例所提供的方案中，本申请实施例所提供的方案中，根据预设蓄热体结构和通气过程初始蓄热体温度分布，结合通气过程蓄热体的换热特性以及通气过程蓄热体热应力特性对蓄热体进行设计，确保通气过程蓄热体结构不破坏且出口气流温度达标，即闭环考虑通气过程初始时刻匹配的蓄热体温度分布曲线、蓄热体结构、通气过程换热特性、通气过程结构热应力特性的四者相互关联来设计，确保空心砖蓄热式加热器的蓄热体在通气过程中不被破坏，使得所设计的空心砖蓄热式加热器的蓄热体满足实际需求。

第一方面，本申请实施例提供一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体设计方法，该方法包括：

将预设蓄热体分别在空间和时间上进行离散处理得到多个单元和多个时间步，根据预设的蓄热器参数以及初始蓄热体温度分布计算每个所述单元内和每个所述时间步的气流温度和蓄热体温度；

根据所述气流温度和所述蓄热体温度计算所述每个时间步和所述每个单元所对应的实际应力平均温差，判断任一所述时间步和任一所述单元所对应的所述实际应力平均温差是否大于预设的最大应力平均温差；

若大于，则调整所述初始蓄热体温度分布，根据调整后的蓄热体温度分布重新计算得到新的气流温度和新的蓄热体温度，直到所述实际应力平均温差小于所述最大应力平均温差为止。

本申请实施例所提供的方案中，根据预设蓄热体结构和通气过程初始蓄热体温度分布，结合通气过程蓄热体的换热特性以及通气过程蓄热体热应力特性对蓄热体进行设计，确保通气过程蓄热体结构不破坏且出口气流温度达标，即闭环考虑通气过程初始时刻匹配的蓄热体温度分布曲线、蓄热体结构、通气过程换热特性、通气过程结构热应力特性的四者相互关联来设计，确保空心砖蓄热式加热器的蓄热体在通气过程中不被破坏，使得所设计的空心砖蓄热式加热器的蓄热体满足实际需求。

可选地，将预设蓄热体分别在空间和时间上进行离散处理得到多个单元和多个时间步，包括：

根据预设数值离散方法由所述预设蓄热体底部到顶部的方向将所述预设蓄热体等分为所述多个单元；

确定所述预设蓄热体的换热时长，根据所述预设数值离散方法对所述换热时长进行离散化处理得到所述多个时间步。

可选地，根据预设的蓄热器参数以及初始蓄热体温度分布计算每个所述单元内和每个所述时间步的气流温度和蓄热体温度，包括：

根据所述蓄热器参数以及所述初始蓄热体温度分布求解预设蓄热体控制方程得到每个所述单元内和每个所述时间步的蓄热体温度；

根据所述蓄热体温度求解预设气流控制方程得到每个所述单元内和每个所述时间步的所述气流温度。

可选地，根据所述气流温度和所述蓄热体温度计算所述每个时间步和所述每个单元所对应的实际应力平均温差，包括：

根据所述气流温度和所述蓄热体温度计算所述每个时间步和所述每个单元所对应的实际应力平均温差，包括：通过如下公式计算所述每个时间步和所述每个单元所对应的实际应力平均温差：

其中，

表示第i个单元第m个时间步所对应的实际应力平均温差；d表示预设蓄热体开孔直径；R_a,3表示预设圆管导热常数；C_pg表示气体定压比热容；λ_w表示蓄热体导热系数；G表示气流量；A表示蓄热体截面积；

表示第i个单元和第i-1个单元之间的气流温度差；Δx表示相邻两个单元之间的位置差。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体设计方法的流程示意图；

图2a为本申请实施例所提供的一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体的剖视图；

图2b表示本申请实施例所提供的一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体的俯视图；

图3为本申请实施例所提供的一种蓄热体分析模型的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种预设蓄热体初始温度分布的示意图；

图5a为本申请实施例提供的第一种初始温度分布下沿程蓄热体温度分布示意图；

图5b为本申请实施例提供的第一种初始温度分布下沿程气流温度分布示意图；

图5c为本申请实施例提供的第一种初始温度分布下沿程出口气流温度分布示意图；

图6为本申请实施例提供的第一种初始温度分布下的应力平均温差分布示意图；

图7a为本申请实施例提供的第二种初始温度分布下沿程蓄热体温度分布示意图；

图7b为本申请实施例提供的第二种初始温度分布下沿程气流温度分布示意图；

图7c为本申请实施例提供的第二种初始温度分布下沿程出口气流温度分布示意图；

图8为本申请实施例提供的第二种初始温度分布下的应力平均温差分布示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体设计方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图1所示)：

步骤101，将预设蓄热体分别在空间和时间上进行离散处理得到多个单元和多个时间步，根据预设的蓄热器参数以及初始蓄热体温度分布计算每个所述单元内和每个所述时间步的气流温度和蓄热体温度。

参见图2a和图2b，图2a为本申请实施例所提供的一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体的剖视图；图2b表示本申请实施例所提供的一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体的俯视图。在图2a和图2b中，蓄热体包括蓄热体层和设置于蓄热体层外的隔热层，在蓄热体层沿着蓄热体轴线方向设置有等间距分布的多个通孔。在加热器使用过程蓄热体的热能变化过程为：首先，高温燃气从蓄热体顶部均匀流入通孔，并沿经通孔，由蓄热体底部排出，该过程蓄热体与高温燃气通过对流换热，获得一种特定分布的顶部温度高-底部温度低的高温蓄热体；然后，以特定分布的顶部温度高-底部温度低的高温蓄热体为基础，冷空气由蓄热提底部均匀流入通孔，并经沿程换热，高温空气由顶部排出，过程中蓄热体不断被吹冷，同时获得了可用的高温纯净空气。

为了便于理解下面对预设的蓄热器参数选取的过程进行简要介绍：

(1)、由实际需求设置的气流量G、出口气流温度要求T_gL、气流压力P、要求的运行时长t_max。

(2)、蓄热体由氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷制成，根据选定的陶瓷材料的密度、比热容、导热系数所确定的蓄热体的密度ρ_w、比热容和导热系数λ_w，其中，ρ_w和λ_w单位分别为Kg/m³和j/(kg*K)。

(3)、根据蓄热加热器设计经验所确定的蓄热体的开孔直径d和孔间距S，其中，陶瓷类加热器的蓄热体开孔直径d一般取5～8mm，孔间距S一般取1.5～1.8d。如该参数范围内陶瓷材料强度不能满足使用要求，可以适当减小孔径d和孔间距S，降低通气过程的热应力。

(4)、蓄热体底部入口气流为常温冷空气，入口气流温度一般取为T_g0＝288K。

(5)、蓄热体的孔隙率ε为所有开孔截面积之和与蓄热体截面积之比，即：

(6)、蓄热体内气流平均温度

蓄热体内气流平均密度

气流压力P的单位为Pa，空气气体常数R＝287J/kg*K。

(7)、控制蓄热体内的空气流速u低于10m/s，一般可取8m/s。如发现蓄热体设计中选定的陶瓷材料强度不够，则可以通过降低空气流速，降低通气过程蓄热体上的热应力。

(8)、蓄热体的截面积A和外径D1为：

(9)、隔热层一般采用轻质氧化铝陶瓷隔热材料，则由选定的隔热材料，可知隔热层导热系数λ_insult，隔热层厚度δ_insult一般取100mm以上，则隔热层外径为：

D2＝D1+2*δ_insult (4)

(10)、假定蓄热体长度L和初始气流温度分布为T_w0(x)，则初始气流温度分布如下所示：

T_w0(x)＝f(x) (5)

(11)、通气过程中，蓄热体温度随时间和空间分布采用一维非定常导热方程求解，考虑蓄热体储能变化、轴向导热、对流换热、周向隔热层热损失，蓄热体的控制方程如下：

其中，t表示时间；表示蓄热体轴向位置；σ_w表示蓄热体蓄热材料截面积，σ_w＝(1-ε)A；T_w表示t时刻x位置的蓄热体温度；α_g表示气流与蓄热元件间的对流换热系数；T_g表示t时刻x位置的孔内气流温度；n表示蓄热体单位长度上孔的湿周面积；T_e表示隔热层外部环境温度，简化可取288K；ΔL表示蓄热体上控制体的长度。

(12)、蓄热体控制方程的定解边界条件采用无热流边界，即：

(13)、蓄热体控制方程的初始条件为假定的初始温度分布，即：

T_w|_t＝0＝T_w0(x) (9)

(14)、通气过程中，蓄热体孔内气流温度随时间和空间分布采用一维非定常导热方程求解，考虑气流轴向流通变化、对流换热效应，则气流控制方程为：

(15)、气流控制方程的定界边界条件为蓄热体内入口气流一定，即：

T_g|_t＝0＝T_g0 (11)

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，为了计算蓄热体的通气过程的性能，需要将预设蓄热体分别在空间和时间上进行离散处理得到多个单元和多个时间步，具体的，将预设蓄热体分别在空间和时间上进行离散处理得到多个单元和多个时间步的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

进一步，在一种可能实现的方式中，将预设蓄热体分别在空间和时间上进行离散处理得到多个单元和多个时间步，包括：根据预设数值离散方法由所述预设蓄热体底部到顶部的方向将所述预设蓄热体等分为所述多个单元；确定所述预设蓄热体的换热时长，根据所述预设数值离散方法对所述换热时长进行离散化处理得到所述多个时间步。

进一步，在一种可能实现的方式中，根据预设的蓄热器参数以及初始蓄热体温度分布计算每个所述单元内和每个所述时间步的气流温度和蓄热体温度，包括：根据所述蓄热器参数以及所述初始蓄热体温度分布求解预设蓄热体控制方程得到每个所述单元内和每个所述时间步的蓄热体温度；根据所述蓄热体温度求解预设气流控制方程得到每个所述单元内和每个所述时间步的所述气流温度。

具体的，采用预设数值离散方法，将蓄热体沿空间方向等分为N个单元，由蓄热体底部至顶部的控制体中心位置依次为x₁，…，x_N；沿时间方向离散为M个时间步，则第m时间步下第i个单元内蓄热体温度为T_w,i ^(m)，第m个时间步第i个控制单元内气流温度为T_g,i ^(m)，对上述(6)～(11)依次进行空间离散和时间离散，得到下数代数方程组：

T_w,i ^(1-1)＝T_w0(x_i) (i＝1～N) (15)

GC_pg(T_g,i ^(m)-T_g,i-1 ^(m))＝α_g(T_w,i ^(m)-T_g,i ^(m))n·Δx (16)

T_g,1-1 ^(m)＝T_g0 (17)

针对上述代数方程组求解顺序为：首先，求解m＝1时间步，此时有N个气流温度T_g,i ⁽¹⁾、N个蓄热体温度T_w,i ⁽¹⁾、T_w,1-1 ⁽¹⁾、T_w,N+1 ⁽¹⁾、N个蓄热体温度T_w,i ^(1-1)、T_g,1-1 ⁽¹⁾等3N+3个未知参数，而上述公式(12)～(17)同样有3N+3个独立代数方程，因此联立可求得第1时间步的气流温度T_g,i ⁽¹⁾和蓄热体温度T_w,i ⁽¹⁾；然后，求解m＝2时间步，此时有N个气流温度T_g,i ⁽²⁾、N个蓄热体温度T_w,i ⁽²⁾、T_w,1-1 ⁽²⁾、T_w,N+1 ⁽²⁾、T_g,1-1 ⁽²⁾等2N+3个未知参数，而上述公式(12)～(14)、(15)～(17)同样有2N+3个独立代数方程，因此联立可求得第2时间步的气流温度T_g，i ⁽²⁾和蓄热体温度T_w，i ⁽²⁾；采用类似第2时间步的方法，逐步推进，可求得余下所有时间步的气流温度T_w,i ^(m)(i＝1～N,m＝3～M)和T_g,i ^(m)(i＝1～N,m＝3～M)。到此可求得通气过程中各时刻各位置的蓄热体温度和气流温度。

步骤102，根据所述气流温度和所述蓄热体温度计算所述每个时间步和所述每个单元所对应的实际应力平均温差，判断任一所述时间步和任一所述单元所对应的所述实际应力平均温差是否大于预设的最大应力平均温差。

具体的，在通气过程中，氧化铝空心砖蓄热单元内的温度梯度增加导致孔表面处于张紧状态。因此，空心砖蓄热元件理想状态下热应力破坏最可能发生在蓄热体的通孔位置。为完成蓄热体热应力设计计算，空心砖蓄热单元可简化为一系列无限长圆管，且假定圆管截面积与空心砖单个微元截面积一致。参见图3，为本申请实施例所提供的一种蓄热体分析模型的结构示意图。

在图3所示的蓄热体分析模型中，假定仅有径向温度梯度，则孔表面的径向热应力为0，切向热应力S_z和轴向热应力一致S_τ，即：

其中，T_m表示圆管壁面平均温度，单位为K；T_S表示圆管内表面温度，单位为K；E表示蓄热体材料的杨氏模量，单位为MPa；α表示空心砖氧化铝陶瓷热膨胀系数，单为m/K；v表示空心砖氧化铝陶瓷泊松比。

进一步，假定通气过程为准稳态换热过程，使圆管径向导热与单位长度流体换热一致，确定固体区平均温度差，则：

其中，d表示圆管内表面直径，单位为m；R_a,3表示圆管导热常数。

进一步，基于选定蓄热体材料，则可知允许的最大应力平均温差[T_m-T_S]_max为：

其中，[σ]表示陶瓷材料许用强度。

进一步，在确定出每个时间步和每个单元所对应的气流温度和蓄热体温度之后，根据气流温度和蓄热体温度计算每个时间步和每个单元所对应的实际应力平均温差的方式有多种，下面以其中一种为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，根据所述气流温度和所述蓄热体温度计算所述每个时间步和所述每个单元所对应的实际应力平均温差，包括：通过如下公式计算所述每个时间步和所述每个单元所对应的实际应力平均温差：

其中，

表示第i个单元第m个时间步所对应的实际应力平均温差；d表示预设蓄热体开孔直径；R_a,3表示预设圆管导热常数；C_pg表示气体定压比热容；λ_w表示蓄热体导热系数；G表示气流量；A表示蓄热体截面积；

表示第i个单元和第i-1个单元之间的气流温度差；Δx表示相邻两个单元之间的位置差。

进一步，在得到各时刻各位置的实际应力平均温差之后，将任一时刻和任一位置的实际应力平均温差

与预设的最大应力平均温差[T_m-T_S]_max进行比较，若任一时刻和任一位置的实际应力平均温差大于预设的最大应力平均温差，即

则进入下一步；否则，返回调整初始温度分布T_w0(x)，并重新计算任一时刻和任一位置的蓄热体温度。

进一步，比对所有时刻的蓄热体顶部出口处气流T_g,N ^(m)和预设的出口气流温度T_gL；若_g,N ^(m)≥T_gL，则完成设计；否则，返回增大蓄热体长度L和调整初始温度分布T_w0(x)，并重新计算所有时刻的蓄热体顶部出口处气流T_g,N ^(m)。

步骤103，若大于，则调整所述初始蓄热体温度分布，根据调整后的蓄热体温度分布重新计算得到新的气流温度和新的蓄热体温度，直到所述实际应力平均温差小于所述最大应力平均温差为止。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，在得到各时刻各位置的实际应力平均温差之后，将任一时刻和任一位置的实际应力平均温差

与预设的最大应力平均温差[T_m-T_S]_max进行比较，若任一时刻和任一位置的实际应力平均温差大于预设的最大应力平均温差，即

则进入下一步；否则，返回调整初始温度分布T_w0(x)，并重新计算任一时刻和任一位置的蓄热体温度。

进一步，比对所有时刻的蓄热体顶部出口处气流T_g,N ^(m)和预设的出口气流温度T_gL；若T_g,N ^(m)≥T_gL，则完成设计；否则，返回增大蓄热体长度L和调整初始温度分布T_w0(x)，并重新计算所有时刻的蓄热体顶部出口处气流T_g,N ^(m)。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，若任一所述时间步和任一所述单元所对应的所述实际应力平均温差小于预设的最大应力平均温差，该方法，还包括步骤104，确定当前蓄热体温度分布，该当前蓄热体温度分布与蓄热体结构匹配。

为了便于理解上述蓄热体的设计过程，下面以举例的形式进行简要介绍。

例如，已知G＝0.3kg/s、t_gL＝1600K、P＝1.0MPa、t_max＝120s；蓄热体参数为：d＝7mm、S＝12.2mm、T_g0＝288K、ε＝0.398、D1＝0.3m、D2＝0.5m。选定蓄热体长度L＝6m，如图4所示，为本申请实施例提供的一种预设蓄热体初始温度分布的示意图。在图4中包含两种预设蓄热体初始温度分布，分别为第一种预设蓄热体初始温度分布和第二种预设蓄热体初始温度分布。

进一步，若采用第一种预设蓄热体初始温度分布，根据上述计算过程可求得各时刻的气流、蓄热体温度分布、出口气流温度分别参见图5a、图5b和图5c所示，其中，图5a为本申请实施例提供的第一种初始温度分布下沿程蓄热体温度分布示意图；图5b为本申请实施例提供的第一种初始温度分布下沿程气流温度分布示意图；图5c为本申请实施例提供的第一种初始温度分布下沿程出口气流温度分布示意图。

进一步，根据图5b沿程气流计算结果，可求得蓄热体各个时刻应力平均温差和极限应力平均温差22K。具体的，参见图6，为本申请实施例提供的第一种初始温度分布下的应力平均温差分布示意图。在图6中，60s之前，有部分应力平均温差超过22K，采用第二种初始温度分布重新计算各时刻的气流、蓄热体温度分布、出口气流温度。若采用第二种初始温度分布，可求得各时刻的气流、蓄热体温度分布、出口气流温度分别参见图7a、图7b以及图7c；其中，图7a为本申请实施例提供的第二种初始温度分布下沿程蓄热体温度分布示意图；图7b为本申请实施例提供的第二种初始温度分布下沿程气流温度分布示意图；图7c为本申请实施例提供的第二种初始温度分布下沿程出口气流温度分布示意图。

进一步，根据图7b沿程气流计算结果，可求得蓄热体各个时刻应力平均温差和极限应力平均温差22K。具体的，参见图8，为本申请实施例提供的第二种初始温度分布下的应力平均温差分布示意图。在图8中，所有应力平均温差均＜22K，进入下一步。基于图7c的出口气流温度计算结果，可知所有时刻的出口气流温度均大于1637K，满足1600K的设计要求。根据前述计算，设计得到了一种可用的蓄热体结构(d、S、D1、L1)，并设计获得了一种与之匹配的蓄热体初始温度分布示意图(图4中的第2种)。

本申请实施例所提供的方案中，根据预设蓄热体结构和通气过程初始蓄热体温度分布，结合通气过程蓄热体的换热特性以及通气过程蓄热体热应力特性对蓄热体进行设计，确保通气过程蓄热体结构不破坏且出口气流温度达标，即闭环考虑通气过程初始时刻匹配的蓄热体温度分布曲线、蓄热体结构、通气过程换热特性、通气过程结构热应力特性的四者相互关联来设计，确保空心砖蓄热式加热器的蓄热体在通气过程中不被破坏，使得所设计的空心砖蓄热式加热器的蓄热体满足实际需求。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种陶瓷空心砖蓄热器的蓄热体设计方法，其特征在于，包括：

将预设蓄热体分别在空间和时间上进行离散处理得到多个单元和多个时间步，根据预设的蓄热器参数以及初始蓄热体温度分布计算每个所述单元内和每个所述时间步的气流温度和蓄热体温度；

根据所述气流温度和所述蓄热体温度计算所述每个时间步和所述每个单元所对应的实际应力平均温差，判断任一所述时间步和任一所述单元所对应的所述实际应力平均温差是否大于预设的最大应力平均温差；

若大于，则调整所述初始蓄热体温度分布，根据调整后的蓄热体温度分布重新计算得到新的气流温度和新的蓄热体温度，直到所述实际应力平均温差小于所述最大应力平均温差为止。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将预设蓄热体分别在空间和时间上进行离散处理得到多个单元和多个时间步，包括：

根据预设数值离散方法由所述预设蓄热体底部到顶部的方向将所述预设蓄热体等分为所述多个单元；

确定所述预设蓄热体的换热时长，根据所述预设数值离散方法对所述换热时长进行离散化处理得到所述多个时间步。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据预设的蓄热器参数以及初始蓄热体温度分布计算每个所述单元内和每个所述时间步的气流温度和蓄热体温度，包括：

根据所述蓄热器参数以及所述初始蓄热体温度分布求解预设蓄热体控制方程得到每个所述单元内和每个所述时间步的蓄热体温度；

根据所述蓄热体温度求解预设气流控制方程得到每个所述单元内和每个所述时间步的所述气流温度。

4.如权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，根据所述气流温度和所述蓄热体温度计算所述每个时间步和所述每个单元所对应的实际应力平均温差，包括：

根据所述气流温度和所述蓄热体温度计算所述每个时间步和所述每个单元所对应的实际应力平均温差，包括：通过如下公式计算所述每个时间步和所述每个单元所对应的实际应力平均温差：

其中，

表示第i个单元第m个时间步所对应的实际应力平均温差；d表示预设蓄热体开孔直径；R_a,3表示预设圆管导热常数；C_pg表示气体定压比热容；λ_w表示蓄热体导热系数；G表示气流量；A表示蓄热体截面积；

表示第i个单元和第i-1个单元之间的气流温度差；Δx表示相邻两个单元之间的位置差。

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