本文關(guān)鍵詞：高溫硫酸錳工藝中相變蓄熱回收余熱技術(shù)研究

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【摘要】：在高溫硫酸錳工藝中,會(huì)產(chǎn)生大量的高溫廢氣,不但造成了能源的浪費(fèi),同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了污染。本文將展開(kāi)對(duì)此工藝中廢氣余熱回收技術(shù)的研究,將所儲(chǔ)存的能量對(duì)進(jìn)口硫酸錳溶液進(jìn)行預(yù)加熱,從而降低工藝成本。在所有的蓄能技術(shù)中,相變蓄熱因具有單位蓄熱密度大、蓄熱和放熱過(guò)程溫度恒定、蓄放熱幾乎不引起容器內(nèi)部壓力變化等優(yōu)點(diǎn),已逐漸成為目前研究的熱點(diǎn)。相變蓄熱材料(PCM)是蓄放熱的關(guān)鍵點(diǎn),但在眾多的PCM中,其導(dǎo)熱性能都比較差,因此需要采用強(qiáng)化傳熱的技術(shù)來(lái)提高PCM區(qū)域的換熱系數(shù)。本文根據(jù)實(shí)際工況,采用甘露醇作為相變蓄熱材料,以肋片管為強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu),并利用FLUENT軟件對(duì)相變蓄熱過(guò)程中肋片參數(shù)對(duì)換熱效果的影響進(jìn)行了模擬研究。本文的主要內(nèi)容如下:(1)在第一類邊界條件下建立了相變蓄熱模型,并將模擬結(jié)果與前人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證計(jì)算方法和蓄熱模型的可行性。然后分析了無(wú)肋片蓄熱單元內(nèi)甘露醇蓄熱過(guò)程的規(guī)律。模擬結(jié)果表明:(1)甘露醇在蓄熱過(guò)程中分為三個(gè)階段,分別為相變前的顯熱蓄熱階段、潛熱蓄熱階段和相變完成后的顯熱蓄熱階段。(2)甘露醇側(cè)的傳熱系數(shù)隨蓄熱時(shí)間的增大而減小。(2)采用肋片管的蓄熱單元,利用肋片來(lái)提高相變蓄熱系統(tǒng)的蓄熱速率。首先建立了甘露醇肋片管蓄熱單元,然后利用FLUENT軟件對(duì)蓄熱單元進(jìn)行模擬計(jì)算,分析肋片的高度、厚度、間距對(duì)PCM區(qū)域融化速率的影響,對(duì)比于無(wú)肋片蓄熱單元蓄熱過(guò)程,得出甘露醇蓄熱單元最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。最終確定肋片的結(jié)構(gòu)參數(shù)為:肋高?mmh 20,肋間距?mmP 15,肋厚度mmd?5。該蓄熱單元比同體積下的無(wú)肋片蓄熱單元蓄熱時(shí)間縮短了2.9倍。經(jīng)計(jì)算得到該蓄熱單元的總蓄熱量為2088.3kJ。(3)以最佳參數(shù)的蓄熱單元為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了一個(gè)適用于本文所研究工況的相變蓄熱器,相變蓄熱器的體積為1235.0 m3,一個(gè)周期能夠儲(chǔ)存約34500kJ的能量,當(dāng)給31m硫酸錳加熱時(shí),能夠提高8.12℃,達(dá)到預(yù)熱的目的。
【關(guān)鍵詞】：甘露醇 肋片 數(shù)值模擬 余熱回收
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK115
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 概述10-11
• 1.2 相變蓄熱材料研究進(jìn)展11-13
• 1.2.1 相變蓄熱材料分類11-12
• 1.2.2 相變蓄熱材料選取標(biāo)準(zhǔn)12-13
• 1.3 相變蓄熱材料強(qiáng)化傳熱技術(shù)研究綜述13-16
• 1.3.1 肋片管14-15
• 1.3.2 添加物15-16
• 1.3.3 相變蓄熱材料的組合16
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容16-18
• 第二章 相變傳熱理論及數(shù)值模擬求解方法18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 相變傳熱的特點(diǎn)18-19
• 2.3 相變傳熱的數(shù)學(xué)模型19-22
• 2.3.1 層流模型19
• 2.3.2 湍流模型19-20
• 2.3.3 溫度法模型20-21
• 2.3.4 焓法模型21-22
• 2.4 相變傳熱問(wèn)題求解方法22-24
• 2.4.1 傳熱問(wèn)題無(wú)量綱變量22-23
• 2.4.2 求解方法23-24
• 2.5 FLUENT軟件介紹24-26
• 2.5.1 前處理器GAMBIT24-25
• 2.5.2 求解器FLUENT25
• 2.5.3 Solidification/Melting模型25-26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 第三章 甘露醇蓄熱單元蓄熱過(guò)程數(shù)值模擬27-46
• 3.1 引言27
• 3.2 蓄熱系統(tǒng)物理模型27-28
• 3.3 蓄熱單元數(shù)學(xué)模型建立及區(qū)域劃分28-31
• 3.3.1 數(shù)學(xué)模型建立28-29
• 3.3.2 熱媒體區(qū)域29-30
• 3.3.3 相變區(qū)域30
• 3.3.4 肋片區(qū)域30
• 3.3.5 邊界條件30
• 3.3.6 初始條件30-31
• 3.4 計(jì)算過(guò)程參數(shù)設(shè)置31-32
• 3.4.1 網(wǎng)格質(zhì)量檢查31-32
• 3.4.2 FLUENT參數(shù)設(shè)置32
• 3.5 數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證32-35
• 3.5.1 驗(yàn)證的模型及參數(shù)32-33
• 3.5.2 模擬結(jié)果與分析33-35
• 3.6 結(jié)果與分析35-45
• 3.6.1 無(wú)肋片蓄熱單元蓄熱過(guò)程分析35-36
• 3.6.2 肋片截面形狀對(duì)蓄熱過(guò)程影響36-38
• 3.6.3 有無(wú)肋片對(duì)蓄熱過(guò)程影響38-39
• 3.6.4 肋片高度對(duì)蓄熱過(guò)程影響39-40
• 3.6.5 肋片間距對(duì)蓄熱過(guò)程影響40
• 3.6.6 肋片厚度對(duì)蓄熱過(guò)程影響40-41
• 3.6.7 正交優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)41-43
• 3.6.8 肋效率計(jì)算43-44
• 3.6.9 蓄熱量計(jì)算44-45
• 3.7 本章小結(jié)45-46
• 第四章 相變蓄熱器設(shè)計(jì)46-51
• 4.1 相變蓄熱器系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)46-47
• 4.2 蓄熱器參數(shù)計(jì)算47
• 4.3 相變材料的封裝47-48
• 4.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)48-50
• 4.5 蓄熱量計(jì)算50
• 4.6 本章小結(jié)50-51
• 第五章 結(jié)論與展望51-53
• 5.1 結(jié)論51
• 5.2 展望51-53
• 參考文獻(xiàn)53-56
• 致謝56-57
• 附錄 攻讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文57

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本文編號(hào)：750437