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04级本科毕业设计论文
W=1000 V=0.2525020015010050002070t/min光管多孔介质120 第 25 页 共 34 页
T/℃170
图4.2 光管与泡沫陶瓷加热空气温度变化对比，P=1000W，v＝0.25Nm/s
W=1500 V=0.1535030025020015010050002070t/min光管多孔介质120170T/℃
图4.3 光管与泡沫陶瓷加热空气温度变化对比，P=1500W，v＝0.15Nm/s
W=1500 V=0.2530025020015010050002070t/min光管多孔介质120170T/℃
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图4.4 光管与泡沫陶瓷加热空气温度变化对比，P=1500W，v＝0.25Nm/s
W=2000 V=0.15400300T/℃200100002070t/min光管多孔介质120170
图4.5 光管与泡沫陶瓷加热空气温度变化对比，P=2000W，v＝0.15Nm/s
W=2000 V=0.2535030025020015010050002070t/min光管多孔介质120170T/℃
图4.6 光管与泡沫陶瓷加热空气温度变化对比，P=2000W，v＝0.25Nm/s
由以上几幅图可以清晰的看出添加了多孔介质之后对空气侧换热的影响： ? 添加了多孔介质之后，换热管的换热效率有了较为明显的提高。因此达到稳定状
态后出口温度提高很多。
? 添加多孔介质后，空气温升均匀。在起始阶段总是光管的温升较快，但很快升温
的速度就缓慢了下来。多孔介质在很大程度上缩短加热时间，提前了稳定时间。这样有利于减小由于温差而带来的热应力。避免加热器因为应力而出现裂缝。
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4．2 空气加热器的效率计算
1. 计算一种工况下的效率：
加热器筒体内径 dm=112mm;
加热器筒体截面积 A??r2=3.14?0.0562=0.00984704 m2 当v=0.15 m/s 时，每秒换热体积V1 =A*v=0.15*0.00984704 =0.001477056 m3 空气的比容 cp??kJ/(kg?K)???0.9956?0.000093t℃
空气的密度 ρ=1.2kg/m3
空气升温所吸收的热量 Q?mcp?t
则空气加热器的效率：??空气带走的热量Q(J/S)
加热功率W(J/S) 计算当W=1000 J/s，v=0.15 m/s时，多孔介质空气加热器的换热效率
η=0.375324
2. 根据上述计算步骤，计算其他工况下的换热效率η如下表：
光管 功率W(J/s) 流速V（m/s） 0.15 0.25 功率W(J/s) 流速V（m/s） 0.15 0.25 1000 0.293373 0.416750 1500 0.274615 0.385631 多孔介质 1000 0.375324 0.533545 1500 0.331168 0.468130 2000 0.310257 0.420113 2000 0.250705 0.317203 A) 在光管，或添加多孔介质后的工况中，随着功率的增加其效率是递减的。这是因
为功率越大，出口段的温度升高，由于辐射能与温度成四次方的关系，所以温度升高，增加了能量的损失，造成效率的下降。
B) 流量的变化对效率的影响很大，各组数据均反应了这一点。随着流量的增加，效
率增加很快。这也指导我们要想提高加热的效率应当适当地增加流量。一味地靠
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权衡二者的关系。
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增加流速来提高效率并不是可取的办法，随着流量增加压力损失也增大，所以要
C) 添加多孔介质后的加热器的出口气流温度有所提升。可以看出多孔介质的加入对
于我们提高空气侧的换热是有利的。这是因为热弥漫散和静态导热二者的共同存在。热弥散对多孔介质强化传热起着很大作用。
4．3 稳定时间分析
稳定时间的概念:在连续三个五分钟时间内,如果温度不再出现变化,我们称之为稳定状态，达到稳定状态所需要的时间称之为稳定时间。
V=0.15160140120100806040200光管1000W1500W多孔介质2000W
t/min图4.7 空气加热器稳定时间对比 V=0.15
V=0.25180160140120100806040200光管1000W1500W多孔介质2000Wt/min
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