搅拌式致热系统的数值模拟和实验研究毕业论文.docx

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1、独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名:时间：年 月 日关于论文使用授权的说明本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论

2、文的全部或部分内容。（保密的学位论文在解密后应遵守此协议）研究生签名:时间：年 月 日时间:导师签名:搅拌式致热系统是一种通过搅拌液态工作介质，利用固体与液体以及液体内部分子的摩擦作用，将搅拌轴的动能转化为工作介质的内容的能量转化装置。该系统可选用转速不稳定的风能作为能量输入，在多风的农村地区，可将转化的热能用于塑料大棚和水产养殖等特色农业的供热,能满足农村日常生活生产所需的采暖、加热、保温以及烘干等需求。该研究对可持续发展的新农村建设具有重大的意义。本文在文献分析的基础上，确定搅拌系统，利用Gambit软件按1:1的比例构建几何模型，并进行网格划分。在此基础上，将划分好网格的几何模型导入Fl

3、uent计算流体力学软件中对不同工况进行模拟计算。模拟计算选用Fluent 3D模型；设定流场为非稳态；选取VOF多相流模型，设定工质为空气和搅拌介质；在边界条件的确定上选用滑移网格模型；湍流模型采用RNGkv。仿真结果得到了在不同油液高度、不同转速以及不同搅拌工质下的粘性耗散率分布。根据仿真结构得到:油液高度越高、转速越大、搅拌工质的粘度越大，装置的致热效果越好。参考模拟计算结果，设计实验进行对应工况下的搅拌反应。搅拌实验选用46号液压油，设定其在不同的油液高度以及不同的搅拌速度下的实验。实验考查了运行过程中监测点的温度以及搅拌桶壁的热流密度和搅拌系统周围温度的变化情况。根据监测数据，计算分

4、析致热系统的能量分布，提出改进方案。对比分析模拟计算结果与实验结果，发现二者均得出了一致的基本致热规律。这表明，利用Fluent软件对搅拌式致热系统进行模拟计算是可行的，即Fluent模拟仿真可作为搅拌式致热系统设计和研究的一种新的手段。关键词：风力致热，搅拌，Fluent模拟计算AbstractStirring heating system is a energy conversion device which mixing the liquid working medium,using the effects of solid and liquid, and liquid internal

5、 molecular friction to transform the stirring axiskinetic energy into the content of the working medium. The system can use wind energy as inputresource, which is instable in speed. In the windy rural areas, it can transform wind energy into thermalenergy for heating plastic greenhouses and aquacult

6、ure. It can meet the needs of daily life andagricultural action for the production of heating, heating, insulation and drying. This study is greatsignificance to the sustainable development of the new rural construction.On the basis of the analysis in the literature to determine the stirring system,

7、 using Gambitsoftware to build the geometric model on the ratio of 111, and meshing. Then import the grid geometrymodel into Fluent computational fluid dynamics software to simulate, which is on different operatingconditions. Simulation selected the Fluent 3D model. Set the unsteady state of the flo

8、w field. Select theVOF multiphase flow model, and set the working fluid is air and mixing media. Select moving meshmodel to determine the boundary conditions. Turbulence model used the RNG k一 . The simulationresults obtained the turbulent dissipation rate distribution in different height of oil, spe

9、ed and media ofdifferent viscosity. According to the simulation results: the stirring heating system acted better with thehigher the height of the oil, the greater speed and the higher viscosity of the working fluid.Design the stirring experiments corresponding to the simulation conditions. Stirring

10、 experimentsused 46 hydraulic oil, and set the experiments in different fluid heights and different stirring speed. Theexperiment examined the changes of heat flux and temperature of the monitoring points, stirring thesides of casks and mixing system around during the operation. According to monitor

11、ing data, computeand analyze the energy distribution of the heating System, in order to improve the device.The comparative analysis of the simulation and experimental results, both obtained consistentpyrogenic law. This suggests that the use of the software Fluent simulating the stirring heating dev

12、ice isfeasible. Fluent simulation can be used as a new means of stirring heating device design and research.Key words: wind-powered heating, Stirring, fluent simulation11第一章绪论11.1 课题研究背景和意义11.2 国内外研究现状21.3 研究目标和内容51.4 技术路线5第二章 搅拌式致热系统的数值模拟72.1 Fluent软件的简介72.2 致热系统的建模和网格划分82.3 Fluent 模拟过程122.4 数值模拟结果

13、212.5 本章小结28第三章 搅拌式致热系统的实验研究293.1 工作原理293.2 实验介绍293.3 实验结果313.4 致热系统热量分布363.5 本章小结40第四章结论与建议41参考文献39致谢错误!未定义书签。111第一章绪论第一章绪论1.1 课题研究背景和意义中国2005年已探明的化石能源的剩余可采储总量是882亿吨标煤，若按2005年的19亿吨标煤开采量计，只够开采46年。据预测，20002020年间化石能源消费的年均增长率是4.3 %4.6 %,年需求量将上升到3()32亿吨标煤，如无重大资源发现和不考虑进出口，中国的化石能源大约只够用3()年。面对煤炭、石油等化石燃料的不可

14、再生性以及其在使用过程中造成的环境压力，使得新型可再生绿色能源的开发与利用迫在眉嚏。为了实现国民经济健康、稳定和可持续发展，我国在可持续发展战略指引下，加速了包括太阳能、风能、生物质能等新能源的引进、消化、吸收、再创新与自主创新。作为一种重要的新型可再生绿色能源，我国风能资源丰富。我国按理论计算得出的陆上理论风能储量为32.26亿千瓦，实际陆上可开发利用的风能储量为2.53亿千瓦，海上可开发利用的风能储量为7.5亿千瓦左右，两者总和超过10亿千瓦，约为我国水能可开发总量的2.5倍。风能的利用具有悠久的历史。人类在数千年以前就有利用风能的记载。三千多年以前就有文献记载了中国和埃及以风力机作为载体

15、对风能进行利用；10世纪东波斯的锡斯坦地区出现了风力扬水机；公元950年，阿拉伯的冒险家伊斯库塔里记载了利用风力碾磨粮食的垂直轴风力机；同一时期埃及则利用风力机进行灌溉用。风能作为气候能源中的重要一员，是自然资源的重要组成部分，典型的新能源。风能相对于石油、煤炭等传统能源具有可再生性、清洁性、利用的便捷性和总量巨大等显著特征，具有良好的经济价值。合理开发利用风能对我国社会经济发展具有重要的战略意义。风能是一种资源极为丰富的可持续再生的清洁能源，无论从经济性还是利用技术的可靠程度考虑，其都是矿石能源的良好替代品。与燃烧其它燃料加温相比，风能的长期使用成本低，且对环境不造成污染。人类对风能的利用方式有很多，最早的当属风帆起航，之后又被用于扬水灌溉、碾磨，以至于后来的风力发电、风力发热和风力压缩机驱动。目前，人类对风力发电技术的研究比较多，技术也更成熟，其次是风力扬水，而对风力致热的研究并不多，国外有关风力致热的较详细原理及技术报道甚少，而国内对该技术的研究也仅处于起步阶段。20世纪90年代，我国对风力致热技术有过初步研究，但后期