高温硫酸锰工艺中相变蓄热回收余热技术研究

发布时间：2017-08-29 01:02

  本文关键词：高温硫酸锰工艺中相变蓄热回收余热技术研究

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【摘要】：在高温硫酸锰工艺中,会产生大量的高温废气,不但造成了能源的浪费,同时也对环境造成了污染。本文将展开对此工艺中废气余热回收技术的研究,将所储存的能量对进口硫酸锰溶液进行预加热,从而降低工艺成本。在所有的蓄能技术中,相变蓄热因具有单位蓄热密度大、蓄热和放热过程温度恒定、蓄放热几乎不引起容器内部压力变化等优点,已逐渐成为目前研究的热点。相变蓄热材料(PCM)是蓄放热的关键点,但在众多的PCM中,其导热性能都比较差,因此需要采用强化传热的技术来提高PCM区域的换热系数。本文根据实际工况,采用甘露醇作为相变蓄热材料,以肋片管为强化传热结构,并利用FLUENT软件对相变蓄热过程中肋片参数对换热效果的影响进行了模拟研究。本文的主要内容如下:(1)在第一类边界条件下建立了相变蓄热模型,并将模拟结果与前人的实验数据进行对比,验证计算方法和蓄热模型的可行性。然后分析了无肋片蓄热单元内甘露醇蓄热过程的规律。模拟结果表明:(1)甘露醇在蓄热过程中分为三个阶段,分别为相变前的显热蓄热阶段、潜热蓄热阶段和相变完成后的显热蓄热阶段。(2)甘露醇侧的传热系数随蓄热时间的增大而减小。(2)采用肋片管的蓄热单元,利用肋片来提高相变蓄热系统的蓄热速率。首先建立了甘露醇肋片管蓄热单元,然后利用FLUENT软件对蓄热单元进行模拟计算,分析肋片的高度、厚度、间距对PCM区域融化速率的影响,对比于无肋片蓄热单元蓄热过程,得出甘露醇蓄热单元最佳设计参数。最终确定肋片的结构参数为:肋高?mmh 20,肋间距?mmP 15,肋厚度mmd?5。该蓄热单元比同体积下的无肋片蓄热单元蓄热时间缩短了2.9倍。经计算得到该蓄热单元的总蓄热量为2088.3kJ。(3)以最佳参数的蓄热单元为基础,设计了一个适用于本文所研究工况的相变蓄热器,相变蓄热器的体积为1235.0 m3,一个周期能够储存约34500kJ的能量,当给31m硫酸锰加热时,能够提高8.12℃,达到预热的目的。
【关键词】：甘露醇 肋片 数值模拟 余热回收
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK115
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 概述10-11
• 1.2 相变蓄热材料研究进展11-13
• 1.2.1 相变蓄热材料分类11-12
• 1.2.2 相变蓄热材料选取标准12-13
• 1.3 相变蓄热材料强化传热技术研究综述13-16
• 1.3.1 肋片管14-15
• 1.3.2 添加物15-16
• 1.3.3 相变蓄热材料的组合16
• 1.4 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 相变传热理论及数值模拟求解方法18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 相变传热的特点18-19
• 2.3 相变传热的数学模型19-22
• 2.3.1 层流模型19
• 2.3.2 湍流模型19-20
• 2.3.3 温度法模型20-21
• 2.3.4 焓法模型21-22
• 2.4 相变传热问题求解方法22-24
• 2.4.1 传热问题无量纲变量22-23
• 2.4.2 求解方法23-24
• 2.5 FLUENT软件介绍24-26
• 2.5.1 前处理器GAMBIT24-25
• 2.5.2 求解器FLUENT25
• 2.5.3 Solidification/Melting模型25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 甘露醇蓄热单元蓄热过程数值模拟27-46
• 3.1 引言27
• 3.2 蓄热系统物理模型27-28
• 3.3 蓄热单元数学模型建立及区域划分28-31
• 3.3.1 数学模型建立28-29
• 3.3.2 热媒体区域29-30
• 3.3.3 相变区域30
• 3.3.4 肋片区域30
• 3.3.5 边界条件30
• 3.3.6 初始条件30-31
• 3.4 计算过程参数设置31-32
• 3.4.1 网格质量检查31-32
• 3.4.2 FLUENT参数设置32
• 3.5 数学模型验证32-35
• 3.5.1 验证的模型及参数32-33
• 3.5.2 模拟结果与分析33-35
• 3.6 结果与分析35-45
• 3.6.1 无肋片蓄热单元蓄热过程分析35-36
• 3.6.2 肋片截面形状对蓄热过程影响36-38
• 3.6.3 有无肋片对蓄热过程影响38-39
• 3.6.4 肋片高度对蓄热过程影响39-40
• 3.6.5 肋片间距对蓄热过程影响40
• 3.6.6 肋片厚度对蓄热过程影响40-41
• 3.6.7 正交优化试验设计41-43
• 3.6.8 肋效率计算43-44
• 3.6.9 蓄热量计算44-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 相变蓄热器设计46-51
• 4.1 相变蓄热器系统流程设计46-47
• 4.2 蓄热器参数计算47
• 4.3 相变材料的封装47-48
• 4.4 结构设计48-50
• 4.5 蓄热量计算50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 结论与展望51-53
• 5.1 结论51
• 5.2 展望51-53
• 参考文献53-56
• 致谢56-57
• 附录 攻读期间发表的学术论文57

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本文编号：750437