基本介紹
- 中文名：錯流傳熱
- 外文名：cross-flow heat transfer
- 分類：熱力學
- 領域：能源
- 基本釋義：兩流體呈錯流流動時發生的傳熱
- 學科：物理化學
固定床冷卻,床層溫度分布,
固定床冷卻
固定床徑向反應器廣泛套用於催化重整、芳烴的異構和歧化、乙苯脫氫制苯乙烯、合成氨和甲醇工業等領域，而此類反應往往是伴隨著較強的吸熱或放熱，其反應器前、後部位的反應速度差異甚大，強化反應的有效方法是在床層內設定傳熱構件，此時流體與換熱管呈錯流流動。文獻在對床層被加熱的錯流傳熱進行實驗及模擬的基礎上，實驗研究填充了工業催化劑的固定床被冷卻的錯流傳熱。採用擠條型催化劑載體Al2O3和合成氨鐵系催化劑為填充物，以空氣為介質，在床層被冷卻的情況下，研究固定床中內置圓管被冷卻的錯流傳熱。被冷卻床層中的等溫線是以流動方向為長軸的橢圓形曲線，被冷卻的區域主要在換熱管的後方，其前方幾乎沒有影響。錯流傳熱過程與流體流動方向密切相關，床層被冷卻時，熱量傳遞是逆流體流動方向進行，順流動方向幾乎不發生熱量傳遞。
床層溫度分布
迄今為止，雖然許多研究者對固定床傳熱進行了研究，但是大多都是針對管式反應器中流體與管子呈平行流動的傳熱研究，且基於平推流的假設，沒有考慮床層速度分布對傳熱的影響。將速度分布和溫度分布相耦合、流體與換熱管呈錯流流動的傳熱研究，國內至今尚未見相關報導，國外有C1eng和Badf等模擬了在無限大的多孔介質體系中的傳熱，但無相關研究的驗證。當固定床反應器中流體與內置換熱管呈錯流傳熱時，因傳熱與流體流動方向是密切相關的，所以對固定床的速度和溫度同時模擬研究更具有實際意義。
文獻將流動模型和傳熱模型耦合，對內置傳熱圓管的固定床內錯流傳熱進行研究，獲得了床層溫度分布，並與不考慮床層速度分布的單一傳熱模型進行了比較，結果表明：錯流傳熱與流體流動方向密切相關，床層被加熱的區域在加熱管的兩側和後方，出現了較寬的被加熱區；與單一傳熱模型相比較，等溫線在圓管附近顯得稀疏，溫度梯度減小；在加熱管前方，耦合傳熱模型的最高溫度大大高於單一傳熱模型，而在加熱管後方，此差異相對降低；顆粒雷諾數Rep對傳熱的影響程度更強於單一傳熱模型，耦合傳熱模型相對誤差小於1.5%，耦合模型真實可靠。
文獻對固定床中流體與換熱管呈錯流流動的傳熱進行了實驗研究，並以二維傳熱模型進行模擬，比較模擬結果與實驗測得數據得到如下結論：錯流傳熱影響區域主要在換熱管的後方，在前方幾乎沒有影響；錯流傳熱過程與流體流動方向密切相關，熱量傳遞順流體流動方向進行，逆流動方向幾乎不發生熱量傳遞；隨著Reynolds數增大，等溫線範圍變窄，被加熱區寬度變小。
文獻引入對流項和黏性項的流動模型和傳熱模型耦合，對內置傳熱管構件的固定床錯流傳熱進行了研究，獲得了床層溫度分布，並與實驗數據進行比較，計算值與文獻實驗值基本一致，表明模型能正確描述床層的溫度分布。然後在不同的三角形和正方形排列方式情況下，研究了床層內在多圓管管間及周邊的溫度分布，結果表明：錯流傳熱與流體流動方向密切相關，床層被加熱的區域在加熱管二側，管壁附近和床層加熱管前方，這些區域出現了較寬的被加熱區；採用三角形排列方式，與採用正方形排列方式相比，強化了床層內的對流傳熱，使得床層內溫度分布更趨於均勻。
