空温式气化器传热特性数值分析的开题报告.docx

空温式气化器传热特性数值分析的开题报告
一、选题背景
气化技术是生产合成气、制氢、炼焦、直接还原铁等重要工业化学过程的关键技术之一，其核心通常是气化反应器。空气中的氧分子对于碳材料的氧化反应速度很慢，为了提高氧的反应速度和利用空气作为氧化剂，通常需要进行空气预热。而空气预热通常使用空气预热器，在空气预热过程中，气体(Gas)与固体(Solid)的传热和传质过程是其中的关键问题。因此，对空气预热器的传热特性进行数值分析是非常有价值的。
二、选题意义
气化技术是我国煤化工和新能源产业的重要技术路线之一，在煤制氢、液体燃料、化工原料等领域具有广泛的应用前景。气化反应过程是采用高温、高压条件下进行的，要求反应器设备能够承受高温、高压条件的同时能够实现高效的传热和传质，因此对气化反应器的传热特性进行深入研究是非常重要的。在研究空气预热器传热特性时，通过数值模拟可以帮助我们更好地理解传热过程的特点，找出影响传热的因素，从而指导反应器的设计和优化，提高气化反应器的效率和使用寿命。
三、选题内容
本文选取了空气预热器中使用的空气(氧)与煤粉之间的传热作为研究的重点。空气预热器是气化反应器中非常关键的设备之一，其工作原理是使用空气与恒定温度的炭粉进行传热，在传热过程中，炭粉温度升高，同时空气也被加热。研究三维非稳态空气预热器中气体与固体热传导特性的数值模拟是本研究的主题。基于计算流体力学(CFD)模拟软件Fluent，对空气预热器中的气流场、温度场和传热特性进行数值模拟，分析不同工况下的传热特性。
四、研究方案
1.空气预热器结构的建模
使用三维建模软件Solidworks对空气预热器进行建模，准确反映器的结构和空气流道设计参数。
2.模型网格的生成
使用网格生成软件进行模型网格生成，生成结构化网格或非结构化网格，使反应器内部空气流道区域得到详细的离散，网格个数越多对计算结果的准确性影响越小。
3.定义边界条件
根据实际工况，对数值模拟中所需要输入的热源、边界等条件进行定义，包括气体、固体等物理特性参数，设定初始值和目标温度等条件。
4.数值计算求解
使用CFD软件Fluent对空气预热器进行三维非稳态计算求解，分析不同参数对传热特性的影响，得出不同工况下的传热特性计算结果。
5.结果分析和验证
将计算结果与实验数据进行比较，分析计算结果的准确性，为后续气化反应器的设计和优化提供实验依据。
五。研究成果及期望结果
本研究旨在通过数值模拟分析空气预热器中气体与固体的传热特性，得到不同工况下的热传递和流态特性，为气化反应器的设计和设备优化提供重要参考。期望得到以下成果：
1.通过数值模拟得出不同工况下气流场、温度场及传热特性的计算结果。
2.以计算结果为依据，分析影响传热特性的因素，为反应器的优化设计提出建议。
3.与实验数据进行对比，验证计算结果的准确性，并为进一步的研究提供基础数据。
本研究结果对煤制氢、液体燃料、化工原料等行业具有重要的参考价值，为我国气化技术的发展做出贡献。