工业尾气余热利用中的相变模拟研究开题报告

全文总字数：2467字

1. 研究目的与意义

目的：余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。工业尾气余热回收利用是提高经济性、节约燃料的一条重要途径。本课题通过计算机模拟研究，控制变量进行实验，从而确定合适的相变材料，最佳的相变传热环境及条件。

意义：我国丰富的烟气余热资源为工业余热回收技术的迅速发展创造了极好条件。本课题提出强化相变材料内的传热，并利用数值分析方法研究其相变传热过程以及强化传热机理和性能，为工程设计提供理论依据，具有重要的工程实际意义和学术价值。

2. 国内外研究现状分析

相变及其机理

相变传热是传热学的一个重要而又特殊的分支，它是在传热过程中伴随有物质形态的变化，如由液态金属到固态金属的凝固传热及其反过程熔化传热，由液体变为蒸气的沸腾传热及其反过程冷凝传热等。这类传热具有的一个共同特点是在传热过程中伴随有相变热构成的内热源的传热问题，求解中存在一定的困难，但是它又具有普遍性。

早期理论认为：在融化和凝固过程的传热中，导热是唯一的传热途径，即蓄热和放热过程中热量在相变材料中都以导热的方式传入和传出，由此可知：蓄、放热两个过程的实质性质是一致的，只是传热方向相反而已。但近期的理论及实验结果表明：自然对流效应在两个过程中起到了重要作用，且其作用是不同的，这使两个过程区别明显。自然对流作用加速了融化过程的进行，却减慢凝固的进程。融化过程中，融化层达到一定厚度时，因温度梯度及密度差的存在和作用，液态中必将产生自然对流效应。液态中的初始温度等于相变温度，且没有温度梯度时，凝固过程不产生自然对流效应，只受导热控制。但其初始温度高于相变温度时，将产生自然对流效应。

3. 研究的基本内容与计划

本课题的主要内容是了解相变机理、相变材料的特性，并了解国内外目前在这一领域取得的进展，进而在此基础上展开研究。由于实际操作模拟工业尾气相变传热要制作各种肋片、弯管等模型，并且要严格控制实验条件，成本很大，因此课题进展中会利用fluent软件控制变量进行辅助模拟，以及一些数学模拟，研究相变传热过程中的自然对流、强制对流、层流、紊流、稳态、非稳态、能量交换、流体压缩性等情况。

1-2周，学习fluent软件，同时广泛搜集国内外目前在此领域的研究成果，收集资料

3-4周，将下载的相关文献资料和搜集的前沿资讯进行整合，整理数据

4. 研究创新点

由于实际操作模拟工业尾气相变传热要制作各种模型，并且要严格控制实验条件，成本很大，因此课题进展中会利用fluent软件控制变量进行模拟，以及进行一些必要的数学模拟，从而节约成本并取得一些理论数据指导实际生产。

本课题拟在当前国内外相变模拟研究的基础上，针对木材工业尾气余热利用过程中的相变问题进行探索性的研究与分析，结合计算机软件分析，探寻合理的高温尾气换热过程中的相变模拟手段和方法，为生产生活中余热利用装置高效运行提供理论指导。