當(dāng)代社會(huì)幾乎一切的生產(chǎn)活動(dòng)都離不開能源,能源作為人類社會(huì)高速發(fā)展和穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ),已經(jīng)成為了人類文明存續(xù)的重要基石。天然氣是我國三大主要能源之一,在開采和利用天然氣的過程中,常常因?yàn)榧夹g(shù)問題,使得大量低濃度的甲烷,因?yàn)槌仉y以燃燒,而被排放到大氣中,造成資源浪費(fèi)和溫室效應(yīng)加劇。低排放清潔催化燃燒技術(shù)正是解決這個(gè)問題的有效方法。催化燃燒作為能源領(lǐng)域重要研究之一,有著廣泛的研究基礎(chǔ)。其中,規(guī)整結(jié)構(gòu)催化劑內(nèi)的催化燃燒是近幾年研究的熱點(diǎn),其過程涉及到從微納尺度孔隙到宏觀尺寸通道的多尺度空間,耦合了孔隙邊界催化反應(yīng)、孔隙輻射以及宏觀尺度多組分熱質(zhì)傳遞等復(fù)雜過程,其內(nèi)部多尺度多場耦合熱質(zhì)傳遞機(jī)理及協(xié)同機(jī)制非常復(fù)雜。因此,獲得多孔介質(zhì)流動(dòng)強(qiáng)化換熱過程中的熱質(zhì)傳遞特性和評價(jià)指標(biāo),研究承載催化劑骨架的特定泡沫金屬結(jié)構(gòu)及其流動(dòng)傳熱特性,探究高溫下流動(dòng)、傳熱、輻射的多場耦合機(jī)理,以降低催化燃燒的反應(yīng)要求和能源損耗,提高其能源利用率,具有重要的意義。為了給多孔介質(zhì)流道中進(jìn)行的高溫化學(xué)反應(yīng)提供多尺度熱質(zhì)傳遞研究中不同尺度間的相互作用及耦合原則的一部分理論支持,本文分為兩步,先通過對圓形規(guī)整通道內(nèi)填充泡沫金屬多孔... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

規(guī)整結(jié)構(gòu)催化劑

醒芯恐賦觶?嗍?囁捉櫓蝕嬖詵中喂媛蒣27]，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍然難以用用幾何繪制直接進(jìn)行描述，通常描述多孔介質(zhì)的方法是使用孔隙率、滲透率、孔徑、迂曲度等屬性來定義一類多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。作為一種具有大比面積，高吸附性的多功能材料，多孔介質(zhì)材料在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用空間。其中高孔隙率金屬多孔介質(zhì)即泡沫金屬由于其高導(dǎo)熱系數(shù)、高換熱面積以及內(nèi)部的對流作用對固流混合傳熱的增強(qiáng)特性，在流動(dòng)傳熱研究中越來越受到重視，并已廣泛應(yīng)用于能源、航天等工程領(lǐng)域[28]。1.3.2多孔介質(zhì)泡沫金屬介紹泡沫金屬結(jié)構(gòu)如圖1.2所示，其同時(shí)擁有高孔隙率多孔介質(zhì)材料的通透性，和金屬材料的高強(qiáng)度特點(diǎn)，這使得它既能作為結(jié)構(gòu)材料，又能作為功能材料使用。高孔隙率和金屬質(zhì)地保證了泡沫金屬質(zhì)量輕于一般金屬材料，又比其他類型材料擁有更多高的比強(qiáng)度，同時(shí)還擁有極高的比表面積。因此泡沫金屬在航空航天，建筑設(shè)計(jì)中得到廣泛使用。例如泡沫金屬鋁就具有吸音、隔熱、減振等特性，可以用于構(gòu)成飛機(jī)機(jī)翼、導(dǎo)彈沖擊保護(hù)層、汽車減震緩沖器等。泡沫金屬鎳具有高通透性和大比表面積，這使得它可以作為現(xiàn)代建筑中墻面，地板內(nèi)的加熱材料，還可以用于制作流體催化器、換熱器、電池電極板等，泡沫金屬銅與泡沫金屬鎳相似，成本更低，也可以作為催化器材料使用。同時(shí)，泡沫金屬的高孔隙率和導(dǎo)熱性使它可以作為隔熱、阻燃的材料，用于火焰阻焰器中，讓燃料氣體自由通過，阻止火焰的蔓延，另外泡沫金屬結(jié)構(gòu)自帶法拉第籠特性使得它也可作為電磁屏蔽材料使用，用于制造脈沖電源電磁沖擊屏蔽罩等[29]。圖1.2泡沫金屬Figure1.2Foammetal從微觀上看，泡沫金屬是由無數(shù)含孔隙金屬框架，以無規(guī)則方式構(gòu)成的金屬骨架，但按照分形理論，可以將之視為有一定規(guī)律可

復(fù)合多孔介質(zhì)強(qiáng)化傳熱特性數(shù)值研究16網(wǎng)格建立之后，將其設(shè)置為2D軸對稱模型，導(dǎo)入Fluent軟件，對空氣在泡沫金屬內(nèi)的流動(dòng)換熱情況進(jìn)行模擬仿真。圖2.1軸對稱幾何模型Figure2.1Axisymmetricgeometricmodel圖2.2復(fù)合多孔介質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)示意Figure2.2Schematicdiagramofthedouble-layerstructureofthecompositeporousmedium圖2.3網(wǎng)格加密部分示意Figure2.3Schematicdiagramofgridencryption2.1.2計(jì)算參數(shù)根據(jù)研究目的，考慮到少量甲烷對流動(dòng)傳熱的影響不大，反而會(huì)增大計(jì)算量，將工質(zhì)簡單選為空氣。流動(dòng)雖然大多在層流區(qū)，但考慮到通過多孔介質(zhì)以及傳熱帶來的流動(dòng)復(fù)雜性，求解模型設(shè)置為k-omega湍流模型，開啟低雷諾數(shù)選項(xiàng)，湍流強(qiáng)度設(shè)置為1％，水力直徑設(shè)為3mm。設(shè)定求解精度為二維雙精度，采用SIMPLEC算法和非耦合隱式求解器求解，由多孔介質(zhì)孔隙率，根據(jù)泡沫金屬修


本文編號：3517933