料的比热cs，空气的密度Pa，空气的比热ca，空气的导热系数λa，空气的 普朗特数Pra，空气的动力粘度μa。
[0136]
(12)
[0132]
[0133]
[0134]
[0135] 空隙中空气的对流换热系数为：
[0137] 骨料与空隙形成的复合体内部，空气的对流是至关重要的传热方式，因此，骨料+ 空隙多孔介质的有效导热系数必须考虑到空气对流的影响。假设骨料与空隙具有规则的排 列形式，根据热平衡原理，可得到骨料+空隙多孔介质的有效导热系数λ^
[0138]
[0139] 骨料与空隙组成的复合体的有效密度为：
[0140] pe=ε·pa+(l-ε) ·ps (14)
[0141] 有效比热ce为：
[0142] C In)
[0143] (2)等效立方体非稳态导热无量纲参数计算模块
[0144] 料仓中骨料+空隙多孔介质的非稳态导热过程，等效于三维立方体在第三类边界 条件下的非稳态导热过程。因为料仓四周绝热，仅进风截面处于换热的第三类边界条件下， 所以料仓这个三维柱体的瞬态温度解，可简化为一维无限大平板的瞬态传热问题。
[0145] 图1为空气预冷、预热料仓纵剖面示意图。
[0146]如下图所示，骨料在料仓内与下进上出的空气进行热交换，进回风口高差为δ，骨 料堆积在料仓之中，需要计算距离进风截面高度为Ζ的断面的骨料的平均温度。
[0147] 料仓三维柱体的瞬态温度问题可简化为图1所示平板在Ζ方向上的瞬态传热问 题。其瞬态温度解可以表示为：
[0148]
^
[0149] 式中，Θ为对比过余温度，Z为骨料截面高度，δ为进回风高差，τ为换热时间，T 为Ζ截面处的骨料历时τ之后的平均温度，Τ。为骨料初始温度，Ta为进口空气温度，Fo为 傅里叶数，Bi为毕渥数。
[0150] 式（16)中的无量纲参数傅里叶数Fo、毕渥数Bi的计算过程如下：
[0151] 已知多孔介质导热系数λe，多孔介质密度pe，多孔介质比热Cf；，料仓截面积F，料 仓截面周长U，进回风高差δ，换热时间τ，可计算得到：
[0152] 多孔介质有效导温系数：
（17)
[0153] 料仓的当量直径：；
(18) u·
[0154] 虚拟雷诺数
（19)
[0155] 虚拟对流换热系数：
（20 )
[0156] 傅里叶数：
（21)
[0157] 毕渥数
（22)
[0158] (3)骨料瞬态温度计算模块
[0159] 根据约300种实际工况的仿真结果，归纳总结后得到料仓内不同横断面（Ζ方向不 同位置）处骨料的瞬态温度变化规律。已知傅里叶数Fo、毕渥数Bi、料仓截面当量直径De、 料仓横断面高度Z、料仓进回风高差δ、骨料初始温度T。，进口空气温度Ta，则计算方法如 下：
[0160] T=T0+{A-B·exp[_l·C· (Fo-Fo*)]} · (Ta_T。） (23)
[0161] 式中，A、B、C、Fc/为拟合系数，具体计算如下：
[0162] A=A' ·Bi+A"
[0163] B=B，·Bi+B"
[0164] C=C' ·Bi+C" (24)
[0165]
[0166]
[0167]
[0168]
[0169]
[0170]
[0171]
[0172] 式中Z/δ的变化范围为〇~1。由式（23)~（25)可以计算得到不同横断面高度 Ζ处的骨料在不同时刻的平均温度Τ。
[0173] 本发明是通过处理数百种实际工况的仿真数据得到的空气预冷、预热过程中骨料 的瞬态温度计算方法，适用于料仓截面积F取值范围为10~30m2、进回风高差δ(料仓进、 回风口坚直高差）3~5m、空仓截面风速u取值范围0. 2~1. 5m/s、空隙率ε〇. 4~0. 5、骨 料的直径d0. 003~0.15m的工况范围，基本涵盖了所有的实际工况。仿真方法经过了实验 校验，具有很1?的计算精度。
[0174] 本发明提供的确定方法以骨料群为研究对象，根据料仓内骨料自然堆积与空隙的 组合特性，将骨料堆视同为多孔介质。考虑到了料仓截面积、进回风高差、风速、空隙率等因 素对骨料瞬态传热过程的影响，填补了目前骨料风预冷/热温控理论研究的空白，有非常 重要的学术意义和工程应用意义。利用空气预冷/预热混凝土骨料瞬态温度的确定方法， 对小湾水电站混凝土拌和系统骨料预冷进行计算，系统冷负荷节省444kw，节省16. 7%。空 气预冷/预热混凝土骨料瞬态温度的确定方法是安全、可靠的，它既减少了部分能耗，又节 省了部分设备投资，具有可推广价值。
[0175] 上述的确定方法综合考虑了料仓横截面积F、进回风高差δ、骨料高度位置Z、空 隙率ε、空仓截面风速u、骨料的直径d、换热时间τ等因素对骨料温度的影响，与仿真数据 相比，计算误差不超过± 10%，是一种系统全面、计算精度高的算法。
【主权项】
1. 一种空气预冷、预热混凝土骨料瞬态温度的确定方法，其特征在于：具体步骤为： 1) 获得参数，计算出多孔介质有效导温系数cty虚拟对流换热系数αv，测出多孔介 质导热系数λε，进回风高差S，换热时间τ;通过温度传感器获得骨料初始温度T。，进口空 气温度Ta; 2) 根据步骤1)中得到的参数，计算傅里叶数Fo、毕渥数Bi;通过等效立方体非稳态导 热无量纲参数计算模块得到，3) 根据步骤1)中获得的参数骨料初始温度T。，进口空气温度Ta和步骤2)中得出的傅 里叶数Fo,通过骨料瞬态温度计算模块计算得到瞬时温度T， T=T0+{A-B·exp[-l·C· (Fo-Fo*)]} · (Ta-T0)， 式中，A、B、C、Fc/为拟合系数； 4) 确定浇筑温度，步骤3)中得到瞬时温度T为浇筑温度。2. 根据权利要求1所述的一种空气预冷、预热混凝土骨料瞬态温度的确定方法，其特 征在于：步骤3)中拟合系数A、B、C、Fo%具体计算如下：式中，Z为骨料截面高度，δ为进回风高差，Bi为毕渥数，料仓的当量直径De。3. 根据权利要求1所述的一种空气预冷、预热混凝土骨料瞬态温度的确定方法，其特 征在于：步骤2)中的毕渥数Bi和傅里叶数Fo计算方法为：式中，λ多孔介质导热系数，p 多孔介质密度，（^为多孔介质比热，F为料仓截 面积，U为料仓截面周长，δ为进回风高差，τ为换热时间，u为空仓截面风速，Pra为空气 的普朗特数，μa为空气的动力粘度，λa为空气的导热系数，空气的密度Pa。4.根据权利要求3所述的一种空气预冷、预热混凝土骨料瞬态温度的确定方法，其特 征在于：多孔介质导热系数λ多孔介质密度pJP多孔介质比热％计算方法为：骨料+空隙多孔介质的有效导热系数λ骨料与空隙组成的复合体的有效密度Py Pe=ε.pa+(l-ε) .ps式中，ε为料仓内堆料的空隙率，u为空仓截面风速，d为骨料的直径，λs为骨料导热 系数，Ps为骨料的密度，cs为骨料的比热，Pa为空气的密度，ca为空气的比热，λa为空气 的导热系数，Pra为空气的普朗特数，μa为空气的动力粘度。
【专利摘要】本发明提供一种空气预冷、预热混凝土骨料瞬态温度的确定方法，空气预冷、预热骨料过程中，骨料在料仓内呈自然堆积状态，与空隙形成了相互共存的组合体，所以可认为料仓内的骨料与空隙形成一种多孔介质。料仓内骨料与空隙处空气的对流换热过程，可视为骨料+空隙多孔介质在进风截面处的对流换热作用下产生的非稳态导热过程，料仓中骨料+空隙多孔介质的非稳态导热过程，等效于三维立方体在第三类边界条件下的非稳态导热过程。因为料仓四周绝热，仅进风截面处于换热的第三类边界条件下，所以料仓这个三维柱体的瞬态温度解，可简化为一维无限大平板的瞬态传热问题。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105389457
【申请号】CN201510603533
【发明人】卢飞, 关薇, 康智明, 郭朝红, 黄天润, 文宁, 李莉, 付廷伍, 曾秒, 唐大伟
【申请人】中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年9月21日