本發(fā)明涉及熱能存儲(chǔ)技術(shù)，具體涉及一種單罐多層填充床蓄熱器設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

近年來，化石能源消費(fèi)量隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而急劇增長。同時(shí)，化石燃料的大量燃燒帶來了日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，并對(duì)公眾健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了不利影響。因此，加快發(fā)展清潔的可再生能源成為了人類面臨的重要課題。太陽能是地球上最豐富、清潔并可廣泛獲取的可再生能源。高效利用太陽能可有效改善我國能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的和諧發(fā)展。太陽能熱發(fā)電技術(shù)是前景廣闊的太陽能利用技術(shù)，而蓄熱裝置是該系統(tǒng)的重要組成部分。在白天光照不足和夜間的時(shí)候，系統(tǒng)可使用蓄熱裝置所儲(chǔ)存的熱能來維持連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。因此針對(duì)蓄熱技術(shù)開發(fā)方面的研究也成為國際前沿的研究熱點(diǎn)，我國也對(duì)此投入了相關(guān)政策支持。例如，在國家發(fā)改委、國家能源局于2016年4月下發(fā)的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030年)》中，“先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新”被列為15個(gè)重點(diǎn)任務(wù)之一，該重點(diǎn)任務(wù)要求對(duì)太陽能光熱高效利用高溫儲(chǔ)熱技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究。

單罐填充床蓄熱器結(jié)構(gòu)簡單，并可使用價(jià)格低廉的固體填料代替昂貴的熔鹽等傳熱工質(zhì)來進(jìn)行蓄熱。因此，單罐填充床蓄熱器在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域尤其是太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域獲得了越來越多的關(guān)注?，F(xiàn)有研究表明單罐填充床蓄熱器中存在斜溫層影響蓄熱性能的問題。例如，在蓄熱器放熱過程中，蓄熱器內(nèi)傳熱工質(zhì)中將出現(xiàn)由下至上溫度急劇降低的分層區(qū)域，即斜溫層。當(dāng)斜溫層頂部到達(dá)蓄熱器出口時(shí)，出口工質(zhì)溫度將開始下降，而當(dāng)出口溫度下降到可保證發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行的臨界值以下時(shí)，蓄熱器將停止放熱。但此時(shí)蓄熱器內(nèi)殘留的斜溫層中仍有大量熱能未能釋放，因而斜溫層使得有效蓄熱量減少，蓄熱效率降低，直接影響了蓄熱器的蓄熱性能。那么如何減小斜溫層對(duì)蓄熱性能的不利影響就成為了一個(gè)重要的研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)斜溫層影響蓄熱性能的問題，提出了一種既可合理控制成本、提高蓄熱量，又可保持較高蓄熱效率的單罐多層填充床蓄熱器設(shè)計(jì)方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

1)確定蓄熱器的設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)：最小有效蓄熱量Q_min、最小蓄熱效率η_min；

2)優(yōu)選單罐多層填充床蓄熱器的填料：

首先，根據(jù)實(shí)際情況提出多種備選填料；然后，分別構(gòu)建使用各備選填料的單罐單層填充床蓄熱器的流動(dòng)傳熱數(shù)值計(jì)算模型，基于構(gòu)建的模型，對(duì)各蓄熱器放熱過程進(jìn)行模擬計(jì)算分析各填料的蓄熱性能；

然后，對(duì)填料進(jìn)行優(yōu)選分類：以價(jià)格與效率為優(yōu)選指標(biāo)，優(yōu)選出綜合性能較好的填料，稱之為“基礎(chǔ)填料”；以有效蓄熱量為優(yōu)選指標(biāo)，選出有效蓄熱量較高的填料，稱之為“蓄熱量提高填料”；以蓄熱效率為優(yōu)選指標(biāo)，選出蓄熱效率較高的填料，稱之為“調(diào)節(jié)填料”；

最后，根據(jù)工程實(shí)際，將優(yōu)選出的A種(A≥1)基礎(chǔ)填料、B種(B≥1)蓄熱量提高填料與C種(C≥1)調(diào)節(jié)填料作為多層結(jié)構(gòu)的三類填充填料，該三類填料按A種、B種和C種在蓄熱器中由下至上依次填充，在每類填料中，將所優(yōu)選出的填料按填料顆粒當(dāng)量直徑從小到大，由下至上依次填充；

3)初步設(shè)計(jì)單罐多層填充床蓄熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)：根據(jù)最小有效蓄熱量Q_min與最小蓄熱效率η_min設(shè)計(jì)要求，計(jì)算蓄熱器理想蓄熱量，根據(jù)理想蓄熱量、填充床徑高比、三類填料填充比例以及各填料的物性參數(shù)，初步計(jì)算獲得單罐多層填充床蓄熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：填充床高度、填充床直徑、各填料的填充厚度；

4)根據(jù)蓄熱效率調(diào)整各填料的填充厚度比例：對(duì)由步驟3)所設(shè)計(jì)的單罐多層填充床蓄熱器進(jìn)行放熱過程模擬計(jì)算，獲得其蓄熱效率η_m，若η_m≥η_min，則該設(shè)計(jì)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，那么接著進(jìn)行步驟5)，若η_m<η_min，則該設(shè)計(jì)結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)要求，保持蓄熱器高度不變，將底層基礎(chǔ)填料的填充厚度增加至原來的1.02倍，頂層調(diào)節(jié)填料的填充厚度增加至原來的1.10倍，并相應(yīng)縮減中層蓄熱量提高填料的厚度，重復(fù)步驟4)，直至蓄熱效率符合設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行步驟5)；

5)最后，對(duì)由步驟4)所確定的單罐多層填充床蓄熱器進(jìn)行放熱過程模擬計(jì)算，獲得其有效蓄熱量Q_flow，若Q_flow≥Q_min，則設(shè)計(jì)完成，若Q_flow<Q_min，則根據(jù)最小有效蓄熱量Q_min的設(shè)計(jì)要求，將蓄熱器直徑調(diào)整為原設(shè)計(jì)直徑的(Q_min/Q_flow)^0.5倍，重復(fù)步驟5)，直至Q_flow滿足設(shè)計(jì)要求完成蓄熱器的設(shè)計(jì)。

所述步驟3)初步設(shè)計(jì)單罐多層填充床蓄熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括以下步驟：

3-1)根據(jù)最小有效蓄熱量Q_min與最小蓄熱效率η_min的設(shè)計(jì)要求以及所選三類填料的物性參數(shù)，采用式(1)計(jì)算蓄熱器的理想蓄熱量Q_i；

3-2)根據(jù)徑高比推薦值或設(shè)計(jì)要求，采用式(2)計(jì)算蓄熱器高度H與直徑D；

3-3)根據(jù)所計(jì)算的罐體總高度與填充厚度比例值，采用式(3)分別計(jì)算各種填料的填充厚度：

H_a,i＝h_a,iH，H_b,i＝h_b,iH，H_c,i＝h_c,iH (3)

式中，下標(biāo)f，s分別表示傳熱工質(zhì)(fluid)與固體填料(solid)；下標(biāo)a，b，c分別表示基礎(chǔ)填料、蓄熱量提高填料和調(diào)節(jié)填料；下標(biāo)i表示每一類填料中的第i種填料；Q為蓄熱量，J；ρ為密度，kg.m^-3；c_p為定壓比熱容，J.kg^-1.K^-1；T₂為高溫傳熱工質(zhì)設(shè)計(jì)溫度，℃；T₁為低溫傳熱工質(zhì)設(shè)計(jì)溫度，℃；h為填料填充比例；ε為填料孔隙率；r為蓄熱器徑高比值；H為蓄熱器總高度，m；D為蓄熱器直徑，m；A、B、C分別表示基礎(chǔ)填料的種數(shù)、蓄熱量提高填料的種數(shù)、調(diào)節(jié)填料的種數(shù)；H_a、H_b、H_c為三類填料填充高度，m；h_a、h_b、h_c為三類填料填充比例。

本發(fā)明的單罐多層填充床蓄熱器的關(guān)鍵設(shè)計(jì)對(duì)象和參數(shù)包括：填料的優(yōu)選、各填料的填充次序以及填充厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)、蓄熱器高度H和直徑D設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的單罐多層填充床蓄熱器的工作過程為：在充熱過程中，溫度為T₂的高溫傳熱工質(zhì)從上部流道流入，經(jīng)過工質(zhì)分配器進(jìn)入到填充床區(qū)域。在填充床區(qū)域內(nèi)，高溫工質(zhì)加熱固體填料，將熱能傳遞給填料并儲(chǔ)存起來，被冷卻后的低溫工質(zhì)則由下部流道流出。充熱過程結(jié)束時(shí)，蓄熱器中充滿了溫度為T₂的傳熱工質(zhì)與固體填料；在放熱過程中，溫度為T₁的低溫傳熱工質(zhì)從下部流道流入，經(jīng)過工質(zhì)分配器后進(jìn)入填充床區(qū)域。在填充床區(qū)域內(nèi)，儲(chǔ)存于高溫填料中的熱能傳遞給低溫工質(zhì)，被加熱后的低溫工質(zhì)則從上部流道流出并帶走熱能。

本發(fā)明控制斜溫層厚度擴(kuò)展的作用原理為：(1)傳熱工質(zhì)在充、放熱過程中，其斜溫層高溫界面位置H(T_crit,h)與低溫界面位置H(T_crit,l)的移動(dòng)速度不同，且與填料的種類有關(guān)；(2)H(T_crit,h)與H(T_crit,l)的移動(dòng)速度差造成了傳熱工質(zhì)斜溫層的出現(xiàn)以及擴(kuò)展；(3)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)各填料的填充次序與填充厚度可調(diào)控填充床中H(T_crit,h)與H(T_crit,l)的移動(dòng)速度差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)斜溫層厚度擴(kuò)展的控制。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法主要包括三個(gè)要點(diǎn)：(1)填料的選擇與填充次序的確定(2)蓄熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算(3)根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)蓄熱器結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

三類填料按上述要求依次填充的原因?yàn)椋?1)在每類填料中，采用填料顆粒直徑從小到大由下至上依次填充的方法，一定程度上可防止上層填料顆粒受重力影響而摻混到下層填料孔隙中的情況出現(xiàn)；(2)將蓄熱效率高、斜溫層厚度擴(kuò)展慢的調(diào)節(jié)填料放于頂層，蓄熱量提高填料置于中層，能使中層蓄熱密度大的蓄熱量提高填料所儲(chǔ)存的大量熱能充分釋放，從而有效提高蓄熱效率；(3)在中層添加蓄熱量提高填料可增大蓄熱量，同時(shí)由于斜溫層在蓄熱量提高填料中的移動(dòng)速度將小于其在基礎(chǔ)填料中的移動(dòng)速度，因而可達(dá)到在放熱過程中減緩斜溫層厚度擴(kuò)展的目的。控制斜溫層厚度擴(kuò)展的具體過程為斜溫層高溫界面位置H(T_crit,h)進(jìn)入蓄熱量提高填料后，其移動(dòng)速度減慢，而仍在基礎(chǔ)填料中的低溫界面位置H(T_crit,l)的移動(dòng)速度不變，此時(shí)H(T_crit,h)與H(T_crit,l)的速度差將減小，斜溫層厚度L_tc擴(kuò)展速率將減緩。

設(shè)計(jì)過程中的參數(shù)定義、參數(shù)推薦值以及相關(guān)參數(shù)計(jì)算式：

(1)斜溫層溫度(T_tc,℃)范圍：

式中，T_crit,h與T_crit,l分別表示斜溫層高、低溫界面的傳熱工質(zhì)溫度，℃；T₂與T₁為高、低溫傳熱工質(zhì)設(shè)計(jì)溫度，℃。

(2)斜溫層厚度(L_tc,m)：

式中，T_out表示傳熱工質(zhì)出口處溫度,℃；H(T)表示處于溫度T的傳熱工質(zhì)的高度位置，m。

(3)有效放熱時(shí)間(t_d,h)為出口傳熱工質(zhì)溫度從開始放熱到其降低到可保證發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行的臨界溫度T_cr之間的放熱時(shí)間。

(4)理想蓄熱量(Q_i,J)：

式中，Q為蓄熱量，J；ρ為密度，kg.m^-3；c_p為定壓比熱容，J.kg^-1.K^-1；h為填料填充比例；ε為填料孔隙率；下標(biāo)f、s分別表示傳熱工質(zhì)(fluid)與固體填料(solid)，a、b、c分別表示基礎(chǔ)填料、蓄熱量提高填料、調(diào)節(jié)填料，A、B、C分別表示基礎(chǔ)填料的種類數(shù)目、蓄熱量提高填料的種類數(shù)目、調(diào)節(jié)填料的種類數(shù)目。

(5)有效蓄熱量(Q_flow,J)：

式中，q_f為傳熱工質(zhì)質(zhì)量流量，kg.s^-1。

(6)蓄熱效率(η_m)：

η_m＝Q_flow/Q_i×100％ (8)

(7)填充床徑高比D/H初始推薦值為0.6。

(8)三類填料的填充厚度初始推薦比例分別為h_a＝0.6、h_b＝0.2、h_c＝0.2。

(9)蓄熱器高度H、直徑D與各填料的填充厚度H_a,i、H_b,i、H_c,i的初步設(shè)計(jì)計(jì)算式：

H_a,i＝h_a,iH，H_b,i＝h_b,iH，H_c,i＝h_c,iH (3)

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)將優(yōu)選的三類填料按照基礎(chǔ)填料、蓄熱量提高填料、調(diào)節(jié)填料由下至上依次放置，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求優(yōu)化填料間的比例關(guān)系，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)斜溫層厚度的控制，從而達(dá)到提高蓄熱性能(蓄熱量、蓄熱效率)的目的。

(2)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的單罐多層填充床蓄熱器，使用價(jià)格相對(duì)低廉的固體填料作為主要儲(chǔ)熱材料，與傳統(tǒng)的只使用價(jià)格相對(duì)高昂的液體傳熱工質(zhì)為儲(chǔ)熱材料的蓄熱器相比，可極大地減少工質(zhì)的用量，從而有效降低投資成本。

(3)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的單罐多層填充床蓄熱器適用性廣，既可用于太陽能熱發(fā)電站中的蓄熱系統(tǒng)，又可用于工業(yè)余熱回收系統(tǒng)中，還可用于其他間歇式熱能利用場合。

(4)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的單罐多層填充床蓄熱器儲(chǔ)熱溫度范圍廣，通過合理選擇傳熱工質(zhì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種溫度范圍內(nèi)熱能的存儲(chǔ)。如，在低溫儲(chǔ)熱系統(tǒng)中傳熱工質(zhì)可以選擇水；在中溫儲(chǔ)熱系統(tǒng)中可以選擇導(dǎo)熱油、空氣等；在高溫儲(chǔ)熱系統(tǒng)中可以選擇熔鹽、金屬流體等。

附圖說明

圖1為單罐多層填充床蓄熱器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為單罐填充床蓄熱器填充床計(jì)算區(qū)域示意圖；

圖3為單罐多層填充床蓄熱器設(shè)計(jì)方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖3，以單罐三層填充床蓄熱器的設(shè)計(jì)過程為例說明其具體設(shè)計(jì)方法：

1)確定待設(shè)計(jì)的單罐填充床蓄熱器的最小有效蓄熱量Q_min、最低蓄熱效率η_min；

2)建立單罐填充床蓄熱器的物理模型

本發(fā)明所涉及的單罐填充床蓄熱器三層結(jié)構(gòu)為如圖1所示，由進(jìn)出口流道1、2、工質(zhì)分配器3、罐壁4與多層填充床5組成。填充床由三種固體多孔填料依次分層放置組成。蓄熱器高為H，直徑為D。蓄熱器壁面外鋪設(shè)厚為d_i硅酸鋁纖維棉作為保溫材料，保溫性能良好，壁面可視為絕熱壁面。在放熱過程中，初始時(shí)刻蓄熱器中充滿了溫度為T₂的傳熱工質(zhì)與固體填料。在放熱過程中，溫度為T₁的低溫傳熱工質(zhì)從下部流道流入，經(jīng)過工質(zhì)分配器后進(jìn)入填充床區(qū)域。在填充床區(qū)域內(nèi)，儲(chǔ)存于高溫填料中的熱能傳遞給低溫工質(zhì)，低溫工質(zhì)被加熱，同時(shí)高溫工質(zhì)從上部流道流出并帶走熱能。

步驟2中根據(jù)工程實(shí)際條件以及運(yùn)行工況，已知參數(shù)為：T₁、T₂、d_i。未知參數(shù)為：H、D。

3)建立單罐填充床蓄熱器的二維、瞬態(tài)、軸對(duì)稱多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)傳熱數(shù)值模型

針對(duì)以上物理模型，選取如圖2所示的填充床區(qū)域?yàn)閿?shù)值模型計(jì)算區(qū)域。為簡化計(jì)算進(jìn)行如下假設(shè)：(1)蓄熱器內(nèi)無周向流動(dòng)和傳熱；(2)固體填料視為連續(xù)、均勻的多孔介質(zhì)，工質(zhì)在填充床區(qū)域是層流流動(dòng)；(3)固體填料視為常物性?；谝陨霞僭O(shè)，建立了單罐填充床蓄熱器的二維軸對(duì)稱、瞬態(tài)、非熱平衡流動(dòng)傳熱模型。模型控制方程、邊界條件與初始條件如下。

3-1)控制方程

液相傳熱工質(zhì)連續(xù)方程：

液相傳熱工質(zhì)動(dòng)量方程：

液相傳熱工質(zhì)能量方程：

固相填料能量方程：

體對(duì)流換熱系數(shù)：

固相填料與液相傳熱工質(zhì)有效導(dǎo)熱系數(shù)：

k_all,eff＝k_f(k_s/k_f)^m+0.15k_fPrRe_p

m＝0.28-0.757logε-0.057log(k_s/k_f)

Re＝ud/ν,Pr＝ν/a

式中，下標(biāo)f與s分別表示傳熱工質(zhì)與固體填料，下標(biāo)eff表示有效值，下標(biāo)p表示無量綱參數(shù)；Re與Pr的特征尺度是填料顆粒當(dāng)量直徑d_p；ε為填料孔隙率，本例中假設(shè)三層填料的孔隙率相等；ρ為密度，kg.m^-3；c_p為定壓比熱容，J.kg^-1.K^-1；k為導(dǎo)熱系數(shù)，W.m^-1.K^-1；為工質(zhì)表觀速度，m.s^-1；h_V為傳熱工質(zhì)與固體填料的體對(duì)流換熱系數(shù)，W.m^-3.K^-1；ν為液體粘度，m².s^-1；a為熱擴(kuò)散系數(shù)，m².s^-1。

3-2)邊界條件及初始條件

邊界條件：入口為均勻速度與溫度邊界條件；出口為充分發(fā)展邊界條件；蓄熱器中心線為對(duì)稱邊界條件；蓄熱器壁面為絕熱邊界條件；進(jìn)出口壁面截面為絕熱邊界條件；熔鹽與壁面為無滑移邊界條件。

初始條件：在放熱初始時(shí)刻罐體內(nèi)填料與傳熱工質(zhì)溫度相同且為T₂，處于熱平衡狀態(tài)。

4)優(yōu)選出單罐三層填充床蓄熱器的填料

4-1)對(duì)使用備選填料的單罐單層填充床蓄熱器進(jìn)行放熱過程模擬計(jì)算

設(shè)定待確定蓄熱器高度為H，直徑為D，在固定進(jìn)口流速u_in下，對(duì)使用備選填料的單層填充床蓄熱器放熱過程進(jìn)行模擬計(jì)算，并計(jì)算各蓄熱器的蓄熱性能，包括：有效蓄熱量Q_flow、單層蓄熱器蓄熱效率η_s、傳熱工質(zhì)斜溫層的高、低溫界面(H(T_crit,h)、H(T_crit,l))的移動(dòng)速度、斜溫層厚度(L_tc)的發(fā)展。

4-2)根據(jù)蓄熱性能標(biāo)準(zhǔn)篩選出符合要求的填料

該三層填充床蓄熱器填料基本要求：蓄熱效率η_s≥η₁、ρ_sc_ps≥M₁

4-3)將符合要求的填料進(jìn)行分類

根據(jù)對(duì)備選填料的蓄熱性能分析，將填料分為三類：

a基礎(chǔ)填料：η₁≤η_s≤η₂、M₁≤ρ_sc_ps<M₂且工程常用、價(jià)格便宜(如石英巖)；

b蓄熱量提高填料：η_s≥η₁、ρ_sc_ps≥M₂；

c調(diào)節(jié)填料：η_s>η₂、M₁≤ρ_sc_ps≤M₂且斜溫層厚度擴(kuò)展慢。

本實(shí)施例中，取η₁＝80％、η₂＝90％、M₁＝2000kJ.m^-3.K^-1、M₂＝4000kJ.m^-3.K^-1。

4-4)優(yōu)選出單罐三層填充床蓄熱器的填料

根據(jù)η_s最高、ρ_sc_ps最大、價(jià)格最低三個(gè)指標(biāo)在三類填料中分別選出最優(yōu)填料，優(yōu)選出的三種填料作為三層填充床蓄熱器的三種填料。

步驟4中已知參數(shù)為：各種填料物性及幾何參數(shù)，假設(shè)的H、D以及工程實(shí)際工況進(jìn)口流速u_in。需通過計(jì)算得到的參數(shù)為：Q_flow、η_s、L_tc(t)與H(T_crit,h)、H(T_crit,l)的移動(dòng)速度。

5)初步確定三層填充床蓄熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)最小有效蓄熱量Q_min、最低蓄熱效率η_min以及所選填料的物性參數(shù)，可按下式估算出所需的理想蓄熱量大小。

徑高比值取D/H＝0.6；填充厚度比例值分別取h_a＝0.6，h_b＝0.2，h_c＝0.2。

根據(jù)上述推薦值，按下式計(jì)算出蓄熱器高度H與直徑D。

根據(jù)H與h_a、h_b與h_c，按下式計(jì)算出三種填料的填充厚度。

步驟5中需通過計(jì)算獲得三層填充床蓄熱器的初步設(shè)計(jì)參數(shù)，分別為蓄熱器高度H和直徑D，三種填料的填充厚度H_a、H_b與H_c。

6)對(duì)三層填充床蓄熱器放熱過程進(jìn)行模擬計(jì)算并分析其蓄熱性能

采用步驟3所建立的計(jì)算模型，模擬該三層填充床蓄熱器的放熱過程，其中各填料區(qū)域的固相物性參數(shù)按該填料的具體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。記錄每隔時(shí)間步長Δt時(shí)罐體中傳熱工質(zhì)溫度場以及出口工質(zhì)溫度T_out。放熱過程模擬結(jié)束后，根據(jù)數(shù)據(jù)獲得個(gè)時(shí)刻的H(T_crit,h)、H(T_crit,l)、L_tc以及T_out值，同時(shí)計(jì)算該三層填充床蓄熱器的有效蓄熱量Q_flow和蓄熱效率η_m。

η_m＝Q_flow/Q_i×100％

式中，q_f為傳熱工質(zhì)質(zhì)量流量，kg.s^-1。

7)判斷三層填充床蓄熱器的蓄熱效率η_m是否符合要求

7-1)若η_m≥η_min，則該三層填充床蓄熱器蓄熱效率較高于最低蓄熱效率，滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行步驟8)。

7-2)若η_m<η_min，則該三層填充床蓄熱器蓄熱效率低于最低蓄熱效率，不滿足設(shè)計(jì)要求。那么接著采用增加底層基礎(chǔ)填料與頂層調(diào)節(jié)填料的填充厚度，減小中層蓄熱量提高填料填充厚度的方法，來控制斜溫層的厚度擴(kuò)展，以此達(dá)到增大蓄熱效率的目的。三種填料的填充厚度改變方法參下式。重復(fù)步驟6)與7)，直至蓄熱效率滿足設(shè)計(jì)要求，隨后接著進(jìn)行步驟8)的計(jì)算。

H′_a＝1.02H_a，H′_b＝H-H′_a-H′_c，H′_c＝1.10H_c

8)判斷三層填充床蓄熱器的蓄熱量Q_flow是否符合要求

根據(jù)步驟7)所設(shè)計(jì)的三層填充床蓄熱器的有效蓄熱量Q_flow，判斷該三層填充床蓄熱器是否滿足設(shè)計(jì)要求。

8-1)若Q_flow≥Q_min，則該三層填充床蓄熱器的有效蓄熱量大于最小有效蓄熱量，即滿足設(shè)計(jì)要求，至此設(shè)計(jì)結(jié)束。

8-2)若Q_flow<Q_min，則該三層填充床蓄熱器的有效蓄熱量小于最小有效蓄熱量，即不滿足設(shè)計(jì)要求。那接著采用D'＝D·(Q_min/Q_flow)^0.5增加蓄熱器直徑至D′來增大蓄熱體積，以此達(dá)到增加蓄熱量的目的。重復(fù)步驟8，直至滿足蓄熱量要求為止，從而完成蓄熱器設(shè)計(jì)。