能源是人类生存和发展的重要物质基础,也是制约经济和社会发展的重要因素。节能减排已成为当下各国绿色可持续发展的最佳选择,在我国各行业能耗中,工业能耗位居榜首,其中半数以上转化为不同载体、不同温度的工业余热,若将这部分余热加以有效利用,这对提高工业经济效益,建设生态文明强国具有积极推动作用。然而,在高温固体颗粒余热回收过程中,由于颗粒形状不规则、表面粗糙以及颗粒之间的相互摩擦会在颗粒堆内部形成空穴,空穴的存在增大了传热热阻,影响颗粒堆整体余热回收效率,非常不利于颗粒堆的余热回收。本文以双缺位空穴颗粒堆为研究对象,基于一次换热法,建立了规则排列下双缺位空穴颗粒堆传热模型,自行搭建了颗粒堆传热实验台,开展了双缺位空穴典型实验并对传热模型进行了验证,利用传热模型对双缺位空穴颗粒堆传热特性进行了数值模拟研究,系统分析了双缺位空穴在垂直于热流方向、平行于热流方向以及呈45°排列下,双缺位空穴位置和间隔变化对颗粒堆传热过程的影响机制,得出以下结论:(1)双缺位空穴的存在阻碍颗粒堆热量的传递,颗粒距离缺位空穴位置越近,其温度和热量波动越明显。空穴附近的热量传递途径主要包括:颗粒间直接接触沿X和Y方向的固/固、颗粒与气相间气/固、缺位空穴处的气/气导热和辐射传热,其中沿Y方向的固/固导热为热量主要传递方式。双缺位空穴间隔粒径倍数越小,对颗粒堆局部传热的阻碍能力越强,通过模拟确定了当两个空穴间隔大于等于4倍粒径时,空穴间的相互影响可忽略。(2)在垂直于热流方向上,随着双缺位空穴由冷壁面移动到热壁面,空穴影响范围也随之移动,壁面处双缺位空穴温度较其他位置变化幅度最大,总传热量呈现“U型”变化趋势,空穴位于R1C10(取Row首字母R代表排,Column首字母C代表列,R1C10表示空穴位置在第1排第10列,以下皆同)和R1C11处为最大值32.47W,壁面固相传热贡献度曲线两端低中间平,保持在99.69%,表观热阻呈现“倒U型”变化趋势,在换热壁面处达到最小值,为11.54℃/W。当双缺位空穴间隔粒径数增大时,双缺位空穴相互影响程度减弱,局部影响范围缩小,但整体影响范围增大。间隔为0倍粒径工况传热量最大为32.32W,表观热阻最小为11.60℃/W,间隔从1倍粒径增加到4倍粒径时,传热量增加,壁面固相传热贡献度不变,表观热阻降低。(3)在平行于热流方向上,随着双缺位空穴由冷壁面移动到热壁面,空穴影响范围也随之移动,壁面处双缺位空穴温度较其他位置变化幅度最大,总传热量呈现“U型”变化趋势,空穴位于R1C10-R1C11处为最大值32.59W,壁面固相传热贡献度曲线两端低中间平,保持在99.69%,颗粒堆表观热阻呈现“倒U型”变化趋势,在换热壁面处达到最小值,为11.41℃/W。当双缺位空穴间隔粒径倍数增大时,双缺位空穴相互影响程度减弱,空穴处温度变化幅度减小。间隔为0倍粒径工况传热量最大为32.71W,表观热阻最小为11.46℃/W,间隔从1倍粒径增加到4倍粒径时,传热量增加,壁面固相传热贡献度不变,表观热阻降低。(4)在与热流方向呈45°的方向上,随着双缺位空穴由冷壁面移动到热壁面,空穴影响范围也随之移动,壁面处双缺位空穴温度较其他位置变化幅度最大,总传热量呈现“U型”变化趋势,空穴位于R1C10-R1C11处为最大值32.69W,壁面固相传热贡献度曲线两端低中间平,保持在99.66%,颗粒堆表观热阻呈现“倒U型”变化趋势,在换热壁面处达到最小值,为11.47℃/W。当双缺位空穴间隔粒径倍数增大时,双缺位空穴相互影响程度减弱。间隔为0倍粒径工况传热量最大为32.30W,表观热阻最小为11.61℃/W,间隔从1倍粒径增加到4倍粒径时,传热量增加,壁面固相传热贡献度不变,表观热阻降低。