工业尾气余热利用中的相变模拟研究开题报告

1. 研究目的与意义

能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展趋势，能源消费带来的环境问题，是全世界、全人类共同关心的问题。解决能源危机的有效措施之一是节能。节能工作渗透在生产生活的方方面面,其中工业余热利用就是节能工作中非常重要的一部分。

在很多工业尾气余热利用过程中都发生有相变，相变换热因其换热系数高、相变温度保持不变等优势而被广泛应用。计算流体力学已成为目前研究流体运动、揭示流场特征的有效方法，相变模拟是研究相变微观特征的有效途径。

2. 国内外研究现状分析

关于相变实验研究，中国科学院工程热物理研究所赵耀华教授等人对矩形毛细微槽竖直板的相变传热特性进行了实验研究。结果表明毛细微槽对相变换热具有很大的促进作用。张明教授等人通过实验研究了加热功率、冷却风速、不同工质对平板热管性能的影响。验结果证明,在各种加热功率条件下,平板热管均具有良好的均热效果。中国南京工程学院与东南大学教授杲东彦和陈振乾教授在2005年KrishnanS、2007年LafdiK及2009年王杰利等对泡沫金属研究得到结论的前提下基于局部热非平衡条件，构建出表征泡沫金属内融化相变传热的格子Boltzmann模型并进行数值模拟。得到的结论为：格子Boltzmann方法模拟结果与其他文献传统数值计算方法的计算结果相差无几，验证了方法的可行性、增加孔的密度有利于增强金属骨架换热能力。

关于相变模拟研究，在20世纪80年代Kauffman、Birchnall和Mobley等人对金属相变储热材料进行了系统的模拟研究，研究表明：在负载和空载的温度变化较大，空载时间段时，金属相变材料比盐类有利。俄罗斯科学家CherneevaLI等人对铝基合金储热能力研究结果为：高温下铝基合金的储热能力好于无机盐类，并且储热密度高、容量大、热导率和稳定性较好，但液态时容易与储热容器材料反应。北京建筑大学副教授闫全英等人建立了普通房间和相变房间的数学模型，利用ANSYS软件数值模拟典型气象年室外气象参数波动情况下房间内壁温度和热流的变化规律，表明：相变墙体内表面温度波动很小，房间舒适度可以提高，空调设备的运行平稳性提高和空调的额定功率减小，初始投资减少。相变材料的衰减倍数和延迟时间都大于普通材料，所以增添相变材料对室外综合温度的衰减和延迟会产生积极作用。相变房间内的能耗比普通房间小，具有一定节能作用。

3. 研究的基本内容与计划

计算流体力学已成为目前研究流体运动、揭示流场特征的有效方法，相变模拟是研究相变微观特征的有效途径，相关人员已展开了部分研究。研究学习数值模拟的基本理论和模拟方法，并学习使用某种计算流体力学模拟软件，能使用该软件进行流场的数值模拟，分析相变传热的影响因素，得到相应的结论。

工作计划：

第1～3周：编写文献综述，完成开题报告；

4. 研究创新点

研究学习数值模拟的基本理论和模拟方法，并学习使用某种计算流体力学模拟软件，能使用该软件进行流场的数值模拟。因为工业尾气中富含水蒸气，在尾气余热利用过程中，水蒸气将发生凝结换热。所以采用流体力学模拟软件，分析相变时流场的压力、温度、速度、传热等特征是特色。