固体蓄热电供暖装置的结构优化

1 概述

近年来，随着对环境保护的重视以及居民用电量时间分布不均匀问题凸显，国家先后出台了煤改电、峰谷电价等一系列政策，为固体蓄热电供暖技术的利用提供了条件

。

目前，各国学者对固体蓄热电供暖技术进行了一定研究。在固体蓄热材料的选择、优化、热物性参数等方面，已经进行了研究

。在运行参数和运行经济性方面也进行了研究，并提出了一些运行优化策略

。

本文以实际固体蓄热电供暖装置为研究对象，实测出风口温度、顶面温度、前表面温度、后表面温度。对实测结果进行分析，查找实测最高温度高于JG/T 236—2008《电采暖散热器》限值的位置。采用模拟方法，通过优化结构，使各位置最高温度符合限值要求。

2 测试内容

2.1 研究对象

被测固体蓄热电供暖装置的长度为1 000 mm，高度为800 mm，厚度为205 mm，额定加热功率为1 600 W。测试地点为哈尔滨某房间，房间东西朝向，房间长×宽×高为3 m×4 m×3 m。测试期间，房间内无其他冷热源。测试时间为2020年11月10—11日，晴天，室外温度为-5～8 ℃，相对湿度为63%。

固体蓄热电供暖装置通过两种途径提高室内温度：一种是高温外壁面与室内空气进行对流传热以及与室内物体进行辐射传热。另一种是经固体蓄热电供暖装置加热的空气由出风口进入室内，加热室内空气。

2.4 职业球探 英国大多数职业俱乐部都具有职业球探，一般来说英超级别足球俱乐部会有一个专门的球探部门，其中首席球探（Chief Scout）或者足球总监（Football Director）总负责，在国内包括海外一些地方设立球探站，或是签约兼职球探负责该地区工作，和一些有合作关系的俱乐部之间也会交换球员信息，从而建立起复杂完善的球探网络。

固体蓄热电供暖装置外形见图1。纵向截面结构与尺寸见图2，图2中的数值对应的单位为mm。被测固体蓄热电供暖装置仅有前出风口，图2中的上出风口在固体蓄热电供暖装置结构优化中涉及。固体蓄热电供暖装置主要由蓄热通道、加热体、蓄热砖、保温棉及外壳组成。蓄热通道宽10 mm，蓄热通道前后蓄热砖的厚度均为50 mm。前出风口、上出风口的宽度均为60 mm，前出风口靠近顶面设置，上出风口位于顶面居中位置。

2.2 测试内容与结果

测试对象为固体蓄热电供暖装置温度、室内空气温度。固体蓄热电供暖装置温度包括出风口温度、顶面温度、前表面温度、后表面温度。室内空气温度测量0.8、1.6 m高度的空气平均温度，每个高度分别均匀布置4个测点。

在10日23:00打开固体蓄热电供暖装置的电加热开关，进入蓄放热阶段。在11日7:00关闭电加热开关，进入单纯放热阶段。在11日23:00导出数据，测试结束。

④ 网格划分的无关性验证

② 风口数量

3 数值模型及求解

综合考虑出风口温度、顶面温度、前表面温度、后表面温度的变化，顶部保温棉厚度、前保温棉厚度宜分别选取50、45 mm。

固体蓄热电供暖装置在纵向截面上的结构分布没有变化，为提高模拟效率，将固体蓄热电供暖装置简化为二维模型(见图2a)。由于实测过程中室内温度变化幅度相对固体蓄热电供暖装置温度变化幅度很小，为进一步简化模拟，室内温度设定为18 ℃。

③ 初始、边界条件

② 数学模型及方程

采用ANSYS中的Fluent模块进行数值模拟。固体蓄热电供暖装置中空气的基本控制方程由连续性方程、动量方程和能量方程组成的方程组构成

。由于空气受热后在蓄热通道中形成自然对流，涉及空气密度的改变，因此应用Incompressible Ideal Gas假设实现模拟要求。空气的湍流模型选用RNG

-

模型

，离散格式选择二阶格式，求解器选用PISO算法

。蓄热砖、保温棉等固相区域以导热为主

。

为了有效解决上述问题，该公司借助信息化、智能化、大数据分析等技术，建立质量流量计远程智能诊断系统(MMS)，完善质量流量计采集参数，实现所有仪表刚性、驱动增益、线圈电压、活零点等影响计量准确性的220个关键参数在线实时智能诊断，系统能够监测到零漂、气化、报警等深层的关键异常信息，建立起质量流量计全生命周期运行监测管理档案，通过深化应用，取得了良好效果。

1.校内实践教学真实程度缺失。高职院校财经专业的专业技能性强，核算方式方法繁多，有几十种的核算和管理方式方法，要求学生实际动手能力程度很高，比如现在所有的高职院校财经专业都开基础会计课，由于现在教材大都与实际情况相脱离，如果不通过真实的业务岗位实践，就不可能真正掌握这些财务会计核算和管理的专业技能。现在高职院校财经专业建立的校内实习基地（实训室）多为一些软件公司，只是介绍软件操作之类的所谓仿真实习。高职院校财经专业学生在校内进行的所谓“实践教学”，很多都没有提供真实的主要的或全面的实践岗位，充其量也只是一些次要的核算，如财务会计的应收帐款或应付帐款的业务等。实践教学的真实程度缺失。

对固体蓄热电供暖装置的简化设定为：各部分结构连续且均匀。蓄热砖和保温棉的物性参数为常量(见表2)，与温度无关。忽略加热体与蓄热砖以及蓄热砖与保温棉之间的接触热阻。忽略外壳的热阻。将物理模型导入ANSYS的SpaceClaim模块中，进行块的定义，以便下一步的模拟工作。

从表5和表6可以看出，微波加热预处理后锡石多金属硫化矿的可磨度为Grpi=1.467 g/r，而未经微波处理的可磨度为Grpi=1.327 g/r，说明矿石经微波加热预处理后其可磨度得到了提高。

将实测固体蓄热电供暖装置作为原型装置。保温棉厚度优化装置1的顶部保温棉厚度、前保温棉厚度分别取50、45 mm。保温棉厚度优化装置2的顶部保温棉厚度、前保温棉厚度分别取60、45 mm。原型装置、保温棉厚度优化装置1、保温棉厚度优化装置2的出风口温度、顶面温度、前表面温度、后表面温度随时间的变化分别见图5～8。

高度0.8、1.6 m的空气平均温度随时间的变化见图3。由图3可知，在测试期内，室内空气温度在合理区间变化，说明固体蓄热电供暖装置可满足室内温度要求。出风口温度及各表面温度随时间的变化见图4。由图4可知，在测试期内，出风口温度及各表面温度均随电加热开关的启闭先快速上升，然后缓慢下降。

无关性验证结果表明，在网格数大于120 000后，各项参数基本保持不变。说明网格数120 000足以满足无关性且保证一定的计算效率。

4 优化分析与结果

4.1 优化分析

保温棉厚度和出风口数量均对固体蓄热电供暖装置的传热性能有重要影响

。因此，笔者结合模拟结果，优化保温棉厚度和出风口数量。

① 保温棉厚度

为了进一步巩固当前耕地总量保持相对平衡，对土地用地结构进行合理规划，牢牢把控城镇建设用地外扩十分必要，否则难以达到对土地的科学管理目的。对于当地政府不能简单的采用开发管理耕地的方式来弥补城镇化建设对于土地的占用，同时也需要运用多种手段保证耕地面积。一方面需要保护当前耕地，另一方面则面临不断加快的城镇化建设需要，对土地进行整理规划可以在不增加土地面积的前提下满足对土地的利用需求，可以有效实现建设用地的控制，因此一定程度上符合用地需求，积极推行建设用地整理是目前较为成熟的方式之一。

室内温度设定为18 ℃，空气初始条件为静止。进风口为压力进口，出风口为压力出口。固体蓄热电供暖装置的顶面、底面、前表面、后表面的综合传热系数(考虑对流传热与辐射传热)为9 W/(m

·K)。加热体加热功率为1 600 W。运行方式与测试期相同。

由图7可知，适当增大前保温棉厚度，可较大幅度降低前表面温度。由图5、6可知，前保温棉厚度一定时，随着顶部保温棉厚度增大，顶面温度及出风口温度升高。主要原因是：对于原型装置，前保温棉厚度比较小，适当增大前保温棉厚度，能明显降低前表面温度。这也提高了固体蓄热电供暖装置隔热性能，使蓄热砖温度升高，蓄热通道出口空气温度升高，进而导致顶面温度及出风口温度升高。由图8可知，增大顶部保温棉与前保温棉厚度，对降低后表面温度的作用并不明显。

① 物理模型

JG/T 236—2008《电采暖散热器》第5.3.2条规定：“电供暖散热器在正常工作时，可接触部分的表面温度不应大于95 ℃；如果有格栅，格栅温度不应大于115 ℃。”固体蓄热电供暖装置各位置实测最高温度与JG/T 236—2008的限值见表1。由表1可知，出风口温度超标，存在安全隐患。顶面和前表面温度虽未超出限值，但仍然存在一定安全隐患。因此，降低出风口温度、顶表面温度和前表面温度成为主要目标。

厚萼凌霄种子的萌发情况可以通过它的各项生理指标（发芽率、发芽势、发芽指数、简化活力指数）反映出来[10]。

1.规范管理。矿山企业要建立矿山规范开采、环境保护、安全生产目标责任制，严格实施矿山环境保护和安全生产“三同时”制度，确保责任到位、措施到位和投入到位。要建立健全各项管理制度，完善规章制度。企业各类报表齐全，台账、档案资料完整。

仍将实测固体蓄热电供暖装置作为原型装置，保温棉厚度与实测固体蓄热电供暖装置一致。出风口优化装置设置上出风口、前出风口。原型装置、出风口优化装置的出风口温度、顶面温度、前表面温度、后表面温度随时间的变化分别见图9～12。由图9～12可知，设置上出风口、前出风口可降低出风口温度、顶面温度、前表面温度，对降低后表面温度的作用不明显。

4.2 优化结果

根据上述优化分析，结构参数优化结果：顶部保温棉厚度50 mm，前保温棉厚度45 mm，设置上出风口、前出风口。

5 结论

① 由测试结果可知：出风口温度超标，存在安全隐患。顶面和前表面温度虽未超出标准限值，但仍然存在着一定安全隐患。

② 由模拟结果可知：适当增大前保温棉厚度，可较大幅度降低前表面温度。前保温棉厚度一定时，随着顶部保温棉厚度增大，顶面温度及出风口温度升高。增大顶部保温棉与前保温棉厚度，对降低后表面温度的作用并不明显。设置上出风口、前出风口可降低出风口温度、顶面温度、前表面温度，对降低后表面温度的作用并不明显。

(四)传统的政府与企业合作中，政府始终是站在主导地位上，而企业只能听从政府的安排，进行一些小的管理，但是PPP融资模式与传统模式不同，在这种模式下，政府与企业进行合作之后，政府与企业之间的地位是平等的，不存在谁主导谁的问题，能使传统观念得到极大的改善，并且有利于政府与企业的长久合作。

③ 结构参数优化结果：顶部保温棉厚度50 mm，前保温棉厚度45 mm，设置上出风口、前出风口。

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