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储热砖内部功率2400W生热条件下温度分布

5年前浏览7144


储热砖—ANSYS模拟结果——强制对流后储热砖内外部实际温度分布)


1. 模拟条件:

模拟软件系统:ANSYS 17.0 Steady-State Thermal

   储热砖数量:12

   储热砖导热系数:随着温度的升高不断降低;

   问题1:模拟2400W功率条件,室温30℃,储热砖30℃,存在

辐射、空气强制对流(风速:3.5m/s,)且储热砖内部空气全部流动

均匀条件下储热砖内部和外部温度分布?

   问题2:模拟2400W功率条件,室温30℃,储热砖30℃,存在

辐射、空气强制对流呈一定角度(风速:3.5m/s,角度45°)且储热

砖内部空气全部流动均匀条件下储热砖内部和外部温度分布?

 2. 计算条件设定及相关计算来源

    

图片1.png

图(1)

图(1)显示,给12块储热砖一共施加A,B,C三种条件的约束,分别是A:热通量;B:辐射率;C:空气强制对流系数(2.469*10-5 W/mm2.℃); 

 下面详细介绍约束条件C的计算

I. 弘龙风机φ30*200风速V为3.5m/s;

II. 根据经验公式:h=11.6+7*V^0.5 得知,经计算h=11.6+7*1.8708287≈24.6 W/m2.℃=2.46*10-5 W/mm2.℃;

III.查询文献显示:空气强制对流时,其对流系数范围为:

(20-100)W/m2.℃,计算结果在区间范围,符合预期。

 3. 问题1结果展示:

 

图片2.png
 
图片3.png
图片2.png

 

图(1)风机放置位置及风速方向

图片4.png
 

 

图(2)

图(2)显示,储热砖内部最高温度209.69℃,最低温度200.11℃;最高温度出现在储热砖内侧,最低温度在储热砖侧面和凹槽边沿;最高温度与外侧最低温度差值约为9.6℃。

 其它位置温度显示如下图:

图片5.png
 

     

图片6.png

图(3)

 4. 问题2结果展示:

 

图片7.png

 

图片9.png

图(4)风机放置位置及风速方向

  

图片10.png

图(5)

图(5)显示,储热砖内部最高温度273.02℃,最低温度260.77℃;最高温度出现在储热砖内侧,最低温度在储热砖侧面和凹槽边沿;最高温度与外侧最低温度差值约为12.3℃。

 其它位置温度显示如下图:

 

图片11.png

 

  

图片12.png

图(6

 

5. 根据问题1和问题2的模拟分析,大体得出储热砖最高温度约为270℃。但此温度并不是结构设计中出风口的最终温度;因此,需要重新建立一个模型,条件是:给定给模型温度为270℃,在空气强制对流换热系数为1.74*10-5 W/mm2.℃条件下,其温度分布如何呈现?


建立模型如下:

 

图片13.png

图(7)


图(7)是一个,给定上盖板和里面一个270℃的常温,两侧面存在空气强制对流条件下的模型。下面给出其相应温度分布:

 

图片14.png

图(8)

图(8)显示,新建模型内部最高温度270℃,最低温度30℃;最高温度出现在模型给定270温度位置,最低温度在模型两侧,也即设定新结构的出风口位置处;最高温度与外侧最低温度差值约为240℃。

其它位置温度显示如下图:

 

图片15.png

 

图片16.png

 

 6. 结论:

I.室温30℃,储热砖30℃,存在辐射、空气强制对流(风速:3.5m/s,)且储热砖内部空气全部流动均匀条件下;储热砖内部最高温度209.69℃,最低温度200.11℃;最高温度出现在储热砖内侧,最低温度在储热砖侧面和凹槽边沿;最高温度与外侧最低温度差值约为9.6℃。

II. 室温30℃,储热砖30℃,存在辐射、空气强制对流呈一定角度(风速:3.5m/s,角度45°)且储热砖内部空气全部流动均匀条件下,最高温度出现在储热砖内侧,最低温度在储热砖侧面和凹槽边沿;最高温度与外侧最低温度差值约为12.3℃。

III. 新建模型内部最高温度270℃,最低温度30℃;最高温度出现在模型给定270温度位置,最低温度在模型两侧,也即设定新结构的出风口位置处;该模型可能与实际情况下热风混合冷风有差异,因此相对应的出风口温度也有相应的差异;

IV.问题1和问题2的模拟条件是理想状态下,实际中空气强制对流换热区间可能是一个阶梯状分布,因为风扇的位置导致,下一步进行阶梯状温度分布模拟,可能更接近实际效果。

 备注:

 a.该结果为模拟结果,与储热砖MgO含量,Fe3O2含量,实验所处的环境以及各种条件都有很大关联性,可作为参考使用。



附件

30积分20190604141427-储热砖模拟结果3——风机增加空气强制对流后储热砖内外部温度.pdf
Workbench储能换热散热
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首次发布时间:2019-06-13
最近编辑:5年前
大海
硕士 | CAE研发工程师 努力为大家提供有竞争力的作品
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3条评论
大海
努力为大家提供有竞争力的作品
5年前
有一些
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X Man
签名征集中
5年前
老师,谢谢您的回答,想再请教您一个问题,我如果想模拟相变材料在考虑对流与不考虑对流的情况下相变材料的熔化凝固过程,我应该学习哪个模块呢?
回复 2条回复
大海
努力为大家提供有竞争力的作品
5年前
创作不易,大家支持一下
回复 2条回复
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