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Abstract

This paper describes the design, construction and performance of a high temperature thermal regenerator of annular geometry with radial air flow present. This regenerator has possible application to the efficient exploitation of high temperature gas reactions and in particular to the fixation of atmospheric nitrogen for which this investigation was made. A mathematical model is formulated for the transient heat transfer between a fluid and an annular solid matrix with reversing flows and is solved numerically. The model is used to predict and analyse the operating performance of the regenerator over a range of flow rates (650 Kg/hr maximum), flow reversal periods (100 seconds maximum) and core temperatures (1431°C maximum). The model is tested by comparison of the theoretical and observed regenerator effectiveness, internal bed temperature profiles and the bed pressure drop under conditions of cyclic equilibrium. Apparent effective heat transfer coefficients for the regenerator packing are obtained and compared with an empirical correlation based on independant measurements.

On décrit, dans le présent travail, la conception, la construction et le rendement d'un régénérateur thermique pour températures élevées (dont la forme géométrique est celle d'un anneau), en présence d'un écoulement d'air radial; les applications possibles de ce régénérateur sont l'utilisation des réactions des gaz à des températures élévées, et particulièrement la fixation de l'azote atmosphérique (au sujet de laquelle on a fait la présente étude). On présente un modéle mathématique pour le transfert transitoire de la chaleur entre un fluide et une matrice solide et annulaire, dans le cas d'écoulements d'inversion, et l'on y apporte une solution numérique. On emploie le modéle pour prédire et analyser le rendement fonctionel du régénérateur pour une échellle de taux d'écoulement (maximum: 650 kilogrammes à l'heure), de périodes d'inversion de l'écoulement (maximum: 100 secondes) et de températures du noyau (maximum: 1431°C). On vérifie l'exactitude du modéle en comparant ensemble les efficacités théorique et observée du régénérateur, les profils de température du lit interne et la chute de pression du lit dans les conditions d'équilibre cyclique. On obtient les coefficients du transfert effectif et apparent de la chaleur, dans le cas de la garniture du régénérateur et les compare avec une corrélation empirique qui est basée sur des mesures indépendantes.