新型回转式空气预热器蓄热元件数值分析闫顺林曹保鑫于兴宝韩建张莎【摘要】回转式空气预热器普遍存在着较为严重的积灰问题，为了减轻蓄热元件通道内积灰，提出一种新型蓄热元件。利用数值计算软件对常用的蓄热元件和新型蓄热元件的传热、流动和积灰问题进行了三维数值模拟研究。对模拟结果进行分析，得到了各蓄热元件的传热特性及阻力特性曲线，对比分析发现：以平板为基础板型，新型板综合性能评价指标PEC值高于波纹板；通过积灰特性研究发现：相同雷诺数下，新型板的积灰沉积率远低于波纹板。模拟结果可为回转式空气预热器蓄热元件的优化设计提供参考。【关键词】回转式空气预热器；蓄热元件；传热特性；阻力特性；积灰特：TK223.34：A：2095-2457（2018）26-0135-003DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.060回转式空气预热器是通过受热面旋转利用烟气余热加热燃烧所需要的空气的热交换设备，对蓄热元件流通通道的传热特性和阻力特性研究可以直观的反应回转式空气预热器的热力性能，主要从对流换热强烈程度、局部流动阻力大小和蓄热元件壁面烟灰颗粒沉积多少三个方面体现热力性能的好坏。蓄热元件由波纹板和定位板两部分组成，常用的蓄热元件有NF板型、DU板型和CU板型，DU板型通常用于回转式空气预热器热段，波纹板与定位板均被轧制成与流动方向成30°夹角的斜波纹，以达到增强换热的效果，NF板通常用于回转式空气预热器冷段，可以减轻由硫酸氢铵引起的流通通道内堵灰。文献[1]通过数值模拟的方法对改进的蓄热板进行了数值模拟，通过数值模拟的方法给出了不同蓄热板的传热和流动阻力特性曲线。文献[2]通过实验的方法比较了金属波纹板与陶瓷蜂窝板的传热和阻力特性，文献[3-5]通过实验的方法对蓄热元件进行了传热特性和阻力特性实验研究。针对波纹板存在积灰较为严重的问题，本文提出了一种新型蓄热元件，利用fluent对其进行传热与积灰的三维数值模拟研究，得到了蓄热元件努塞尔数、阻力系数随雷诺数的变化规律，同时给出了内部流体的流场、温度场云图分布。可为回转式空气预热器冷端搪瓷蓄热元件的优化设计提供参考。1新型蓄热元件根据强化传热理论，提出了一种新型回转式空气预热器蓄热元件，与常见的NF平板蓄热元件相比，通道内与介质接触的平面上设置有多个呈球面型的凹坑和凸起。设计思想：一方面，新型蓄热单元球面的凹坑和凸起部位增大了热交换介质的接触面积，相应的提高了蓄热板单位体积的吸热效率；另一方面，蓄热组件的表面的球弧面型的凹坑与凸起，增加了对通道内流动介质的扰流作用，可以提升通道内流动介质与蓄热组件的传热效率；同时，由于凸起具有较好的扰流作用，减小了介质的层流层，减少了蓄热组件出现积灰的问题。2蓄热元件计算模型2.1模型的简化与假设回转式空气预热器蓄热板结构复杂，考虑计算时间和计算机内存限制，作如下假设和简化：（1）蓄热板结构具有周期性，所以采用蓄热板内部一个“流通单元”作为研究对象。（2）蓄热板长度为500mm，可忽略入口效应。（3）忽略由于积灰引起的蓄热板传热条件变化。（4）忽略液态NH4HSO4对灰颗粒沉寂的影响。（5）忽略烟气冲刷沉积层导致的灰颗粒脱附。2.2网格划分回转式空气预热器每一个流通单元均具有相同的结构，为了节省计算量，取其中一个流通单元进行建模。由于DU板型和新型板流通单元内部结构复杂，采用六面体网格对斜波纹和凹坑进行网格划分难度较大，所以本文采用meshing软件对三种板型进行四面体网格划分，网格文件可以较准确地反应实际蓄热元件的结构，并保证网格质量，以提高模拟精度。三种蓄热元件网格划分数量如表2。2.3数学模型与边界条件模拟介质为空气，湍流模型选取Realizablek-ε模型并采用DPM模型对流动、传热和烟灰颗粒沉积进行模拟，速度和压力采用SIMPLE耦合，动量、能量和对流项均采用QUICK格式离散，近壁面采用增强壁面处理。为了满足计算精度要求，能量方程残差收敛标准控制为10-6，剩余变量残差收敛标准控制为10-3，其余参数设置如表3所示。对流换热系数受众多因素影响，所以用衡量对流换热强弱的无量纲数Nu代替：式中：λ为空气导热系数；为当量直径。当空气流经传热元件并发生...