热箱技术中的热耦合模拟讨论
固体氧化物燃料电池系统的保温设计通常采用热箱（hot-box）技术，这种保温方式有别于常规的保温。常规的保温将各个热设备单独用保温材料包覆，并且保温边界暴露于空气外。而热箱技术则是将所有热设备共同安装于保温箱内，此时设备与设备之间会存在相互热影响，或者称热耦合。这种耦合强度取决于设备的间距以及设备之间的隔热处理方式，如果设备间隙填充保温材料，则可以降低耦合影响，具体怎么处理，可由用户根据实际情况决定。今天，我们用一个简单的案例做一个演示。 建立如下的三维模型，两根直径Φ50的钢管并排在1000×1000×500的保温箱内，管中心间距500mm，管壁和保温箱均用零厚度壁面替代。划分六面体网格，节点数约为97万，最小正交质量0.75。 两个管道入口均为速度入口，流速、温度分别为10m/s、40℃和8m/s、80℃。 热箱内的保温处理考虑两种情况，第一种情况填充固体保温材料，导热系数为0.04W/m℃；第二种情况不填充任何保温，此时保温箱内为空气，需考虑对流和辐射换热，密度采用不可压缩理想气体模型，辐射换热采用DO模型，管壁发射率0.9，开启重力项，压力离散采用PRESTO!格式。 填充保温材料时，热箱内的温度分布如下，区域内温度分布非常不均匀，这是保温材料的隔热作用。 再看一下两根管道的热通量情况，可以看出两根管道之间的热耦合量约为1.37W。 由于管道之间的热耦合很小，因此两根管道的进出口温度基本不变，这种情况的优点在于热调节性较好，使得实际温度偏离工艺衡算温度程度较低。 不填充保温材料时，热箱内的温度分布如下，区域内温度分布均匀性大幅提升，热箱内空气自然对流辐射换热效果。 再看一下两根管道的热通量情况，可以看出两根管道之间的热耦合量约为50W。 在较强的热耦合影响下，两根管道的进出口温度变化相比隔热情况下有所增加。这种情况的优点在于热调节性较差，使得实际温度偏离工艺衡算温度程度较高，但对于SOFC系统，这种情况有的时候反而是有利的。 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-07-05
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