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蜂窝陶瓷蓄热体是蓄热式燃烧系统的重要组成部分,它利用烟气余热来预热助燃空气,可以有效提高工业炉窑热效率。蓄热体工作涉及到非稳态流固耦合对流传热,另外,由于高温烟气与常温空气周期性交替相向流过蓄热骨架,蓄热体内部传热相当复杂。本课题拟借助商业CFD软件ANYS Fluent对这一复杂传热过程进行数值模拟研究。为了进一步提高烟气余热回收率,作者提出一种扩缩通道蜂窝蓄热体,并通过数值模拟研究这种新型蓄热体的强化传热性能。另一方面,烟气携带的NOx会危害环境,而选择性催化还原(SCR)技术是烟气脱硝的常用技术,为此,本文在蜂窝蓄热体表面涂覆一层钒基催化剂,以实现余热回收与烟气脱硝双重目的。由于钒基催化剂活性与温度密切相关,作者采用Fluent软件开发SCR脱硝模型,并将其与蓄热体传热模型集成在一起,开展复合蓄热体蓄热式换热与SCR脱硝联合数值模拟研究。本课题主要工作内容如下:1)对Fluent软件二次开发,建立蜂窝陶瓷蓄热体复杂传热数值模型;针对传统直通道蓄热体,开展数值模拟,研究蓄热式传热的物理机制;预测不同蓄热体长度条件下空气预热温度、蓄热体效能和压力损失等热流体性能,并进行结构优化;研究蓄热体变流量条件下的传热和流阻性能。2)提出采用扩缩通道强化蜂窝蓄热体传热性能,并建立了扩缩方孔蜂窝蓄热体非稳态传热数值模型;通过数值模拟,研究扩缩方孔强化蓄热体传热的机理;预测方孔扩缩角、扩缩节距等参数对新型蓄热体热流体性能的影响。3)在将钒基SCR催化剂层视作多孔介质并假定催化脱硝为非均相容积反应的基础上,借助Fluent软件组分输运模块建立蜂窝催化剂对流脱硝数值模型;通过模拟文献中蜂窝催化剂对流脱硝实验来验证当前SCR脱硝模型精度;研究催化层和通道内浓度极化现象。4)将SCR脱硝与蓄热体传热模型集成一体,建立带钒基催化剂薄层的复合蓄热体的耦合传热的SCR脱硝数值模型;开展蓄热式传热-SCR脱硝耦合的数值模拟,研究新型复合蓄热体结构和工艺参数对其能量回收、NOx转化等性能的影响。本次数值研究表明,蓄热体结构和工作参数对其流动传热性能有显著的影响;采用扩缩通道可以提高传统蜂窝蓄热体性能,在扩缩节距(或扩缩角)不变的前提下,蓄热体传热和流阻性能均随扩缩角(或扩缩节距)的增大而提高,在少量增加压力损失条件下,采用扩缩通道可将直通道蜂窝蓄热体效能提升5%;将蓄热体传热模型与SCR脱硝模型耦合,可以成功模拟带钒基催化剂薄层的复合蓄热体的非稳态传热和SCR脱硝过程,方孔尺寸、烟气流量等参数对复合蜂窝蓄热体能量回收和NOx转化等性能有显著的影响,通过参数合理配置,可以实现余热回收和烟气脱硝双重功效。