（化工过程机械专业论文）多孔介质t型管道混合区流动与传热机理和实验研究.pdf

拣化工大学学位论删忡明必 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：琢眵日期： 如f 工、 、沙 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名： 导师签名：撅 夕 日期：h il 二12 p 日期：二! 二! ! ! 互 学位论文数据集 中图分类号 t k l 2 4 学科分类号4 7 0 1 0 2 0 论文编号1 0 0 1 0 2 0 1 2 【) 1 0 ( )密圾公开 学位授子单位代码 1 0 0 1 0 学位授f 。单位名称北京化工大学 作者姓名王永伟学号2 0 0 9 0 8 0 1 0 0 获学位专业名称化工过程机械获学位号业代码0 8 0 7 0 6 课题来源博士点基金研究方向流体流动与传热 论文题目 多孔介质t 型管道混合区流动与传热机理和实验研究 关键词 多孔介质，t 型管道，混合区流动传热，结构效应，骨架材料 论文答辩日期 2 0 12 年11 月2 8 曰 + 论文类型基础研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职穆j工作单位 学科专长 指导教师王奎升教圬：北京化工大学化工过程机械 指导教师 芦彘 副教授j e 京化工大学化工过程机械 评阅人1徐鸡教授华北电力大学热能工程 评阅人2王德国教括：中国百7 由大学 化工过程机械 评阅人3百评1 教授 评阅人4 百评2教授 评阅人5盲评3教授 答辩委员会主席土互 教授北京科技大学热能工程 答辩委员i 王立 教授北京科技大学热能工程 答辩委员2徐鸿教授华北电力大学热能工程 答辩委员3准秀兰研究员中科院工程热物理所工程热物理 答辩委员4钱才富教授北京化工大学 化工过程机械 答辩委员5 周俊波教授 北京化工大学 化工过程机械 论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研冗4 其它 中图分类号在中国图书资料分类法查询。 学科分类号在中华人民共和国国冢标准( g b t1 3 7 45 - 9 ) 学科分类与代码中 查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 处童讫工大学博士学位论文 多孔介质t 型管道混合区流动与传热机理和实验研究 摘要 t 型管道在诸如能源动力等许多关系国计民生的重要工业生产 中广泛应用，t 型管道管壁材料周期性热应力波动产生的主要原因是 混合区中不同温度流体湍流混合引起的温度波动，而其造成的主要结 果是管壁材料的热疲劳。随着管壁材料热疲劳损伤的不断加剧，最终 导致t 型管道壁面材料的热疲劳破裂，危及管路系统安全和使用寿 命，对安全生产影响重大。因此，研究t 型管道混合区流体流动和传 热的特性及机理，对混合区的速度波动和温度波动进行准确的预测， 寻求减小管壁材料的热应力波动和控制管道结构的热疲劳破坏风险 的方法，对提高管路系统连续生产的安全性和使用寿命具有重要的科 学价值和现实意义。近些年来，研究者们利用多孔介质的湍动增强作 用和强化传热特性，将多孔介质添加到通道中，改变通道中的流场分 布，以期达到强化传热效果，被证明是一种行之有效的方法。 - 本文以球形颗粒正交排列的多孔介质t 型管道混合区为研究对 象，采用实验研究与数值模拟研究相结合的方法，考察了混合区中冷 热流体的湍流混合与传热问题。通过建立多孔介质t 型管道混合区中 湍流流动与传热理论研究的数学模型，运用大涡模拟数值方法对三维 多孔介质t 型管道物理模型中，不可压缩流体湍流混合过程进行了预 测，并使用f l u e n t 软件进行数值求解。实验以水为流动介质，在 设计开发的多孔介质管道实验台上开展了5 7 种实验工况条件下的湍 t 摘要 流混合实验，用特制的多点热电偶温度传感器和数据采集系统测量得 到了混合区的瞬时温度信息，对瞬时温度进行时均化和无量纲化处理 得到了各个测点位置的无量纲时均温度和无量纲均方根温度，并以此 对比分析了不同主支管温差( 理查德森数) 、流量比( 动量比) 、混合 区雷诺数等因素对多孔介质t 型管道混合区的温度分布和温度波动 的影响机理。通过数值计算结果和实验测量结果的对比，验证了大涡 模拟数值方法的可行性和有效性，并在此基础上进一步开展了多孔介 质结构效应( 颗粒直径和孔隙率) 以及骨架材料( 导热率) 等不同条 件下多孔介质t 型管道混合区流动与传热的数值模拟研究。主要工作 及结论如下： ( 1 ) 建立了多孔介质t 型管道混合区不可压缩流体湍流流动与传 热理论研究的数学模型，通过与实验数据对比证明了运用大涡模拟数 值方法预测多孔介质t 型管道湍流混合过程的可行性和有效性。 ( 2 ) 在孔隙通道对流动的扰动和支管流体的冲击两者共同作用 下，多孔介质t 型管道混合区中由主支管温差引起的浮升力对流动的 影响作用被削弱，而流体的惯性力对流动起支配作用。因此主支管温 差及浮升力的增大对混合区中流动的压力损失、速度和速度波动以及 温度分布无明显影响，混合区温度波动有所增大，但并不显著。 ( 3 ) 主支管流量比和动量比的不同直接影响支管冷流体对主管热 流体的冲击作用，使得多孔介质t 型管道混合区中冷热流体的分布发 生改变，导致混合区中的温度分布和温度波动随之改变。主支管流量 比增大时，冷流体的冲击作用影响减小，混合区中流体温度升高，温 建玄纯二太孽博士学位论文 度波动增大，发生较大温度波动的区域减小且向支管入口处靠近。主 支管流量比不变时，混合区的雷诺数随着主支管流量同时增大而增 大，但混合区冷热流体的分布并未根本改变，因此温度和温度波动的 增大并不显著。 ( 4 ) 对于孔隙率相同的多孔介质t 型管道，随着多孔介质颗粒直 径和孔隙通道尺寸的减小，混合区中冷热流体的湍流混合尺度随之减 小，导致混合区的速度及速度波动的幅值减小，速度波动的区域也减 小，压力损失增大；对流传热的作用对t 型管道混合区的传热影响逐 渐减弱，而热传导的作用增强，混合区中温度分层现象明显，温度波 动的幅度和发生波动的范围也随颗粒直径的减小而减小。 ( 5 ) 对于相同排列方式的均匀多孔介质，随着孔隙率的减小，t 型管道混合区中流体速度和速度波动减小，压力损失急剧增大；多孔 介质的有效导热系数增大，固体骨架和流体之间的热传导作用增强， 加速了混合区中不同温度流体的混合，温度波动也随之减小。 ( 6 ) 骨架材料导热率大的多孔介质的有效导热系数大，固体骨架 与流体之间的热量传导较强，混合区中的流体温度较高，管道中上部 的温度波动也较大。骨架材料及其导热性能对t 型管道混合区中的压 力损失、速度及速度波动无明显影响。 关键词：多孔介质，t 型管道，混合区，流动传热，结构效应，骨架 材料 e x p e r i m e n t a la n dm e c h a n i s mi n v e s t i g a t i o n o ff l o wa n dh e a tt r a n s f e ri nt h em i x i n g z o n eo ft - j u n c t i o nf i l l e dw i t hp o r o u sm e d i a a b s t r a c t t - j u n c t i o ni sw i d e l yu s e di nv a r i o u sp i p e l i n es y s t e mo fi n d u s t r i a l p r o d u c t i o ns u c h a si nt h e e n e r g y a n d p o w e rf i e l d s t e m p e r a t u r e f l u c t u a t i o n sa r ec a u s e db yc o l da n dh o tf u i d sm i x i n gw i t ht e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e si nt - j u n c t i o n t e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n so ft h em i x i n gf l u i d s m a yc a u s ec y c l i c a l t h e r m a ls t r e s s e sa n ds u b s e q u e n tt h e r m a l f a t i g u e c r a c k i n go ft h ep i p ew a l l t h e r m a lf a t i g u eo ft - j u n c t i o n i sav e r y i m p o r t a n tt e c h n i c a li s s u ea f f e c t i n gt h es a f e t ya n ds e r v i c el i f eo fap i p i n g s y s t e m i nt h e p e t r o c h e m i c a l ，n u c l e a rp o w e ra n d o t h e ri n d u s t r i e s t h e r e f o r e ，t oi n v e s t i g a t ec h a r a c t e r i s t i c sa n dm e c h a n i s mo fh o ta n dc o l d f l u i d sm i x i n gf l o wa n dh e a tt r a n s f e ri nt - j u n c t i o n ，t oa c c u r a t e l yp r e d i c t v e l o c i t i e sa n dt e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n si nt h em i x i n gp r o c e s s ，t os e e kt o c o n t r o la n dr e d u c et h et e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n s ，w h i c hh a v ei m p o r t a n t s c i e n t i f i ca n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o rr e d u c i n gt h e r m a ls t r e s s e si no r d e r t oa v o i dt h ep i p e l i n et h e r m a lf a t i g u ed a m a g ea n di m p r o v i n gt h es a f e t y a n ds e r v i c el i f eo ft h ep i p i n gs y s t e m r e c e n t l y , m a n yr e s e a r c h e r sa r ek e e n t oa r r a n g ep o r o u sm e d i ai nt h ec h a n n e lu s i n gt u r b u l e n tf l o we n h a n c e m e n t c h a r a c t e r i s t i c so fp o r o u sm e d i a t h a ti sp r o v e dt ob ea ne f f e c t i v em e t h o d t oc h a n g et h ef l o wf i e l dd i s t r i b u t i o na n da c h i e v et h ee f f e c to fh e a tt r a n s f e r e n h a n c e m e n ti nt h ec h a n n e l i v a b s t r a c l 、 i nt h i st h e s i s ，e x p e r i m e n t a la n dn u m e r i c a li n v e s t i g a t i o n so fh o ta n d c o l df l u i d sm i x i n gf l o wa n dh e a tt r a n s f e ri nt h em i x i n gz o n eo ft - j u n c t i o n f i l l e dw i t hp o r o u sm e d i am a d eu po fo r t h o g o n a la r r a n g e m e n ts p h e r i c a l p a r t i c l e s w e r ep r e s e n t e d t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ff l o wa n dh e a t t r a n s f e ro ff l u i d sm i x i n gp r o c e s si nt - j u n c t i o nf i l l e dw i t hp o r o u sm e d i a w a se s t a b l i s h e da n ds o l v e d b y t h e l a r g ee d d ys i m u l a t i o n ( l e s ) n u m e r i c a lm e t h o d u s i n g t h ef l u e n ts o f t w a r e p l a t f o r m t h e e x p e r i m e n t a l d e v i c eo fp o r o u sm e d i ap i p e l i n ew a sd e s i g n e d a n d m a n u f a c t u r e d t h ee x p e r i m e n t so fh o ta n dc o l dw a t e rm i x i n g i n t - j u n c t i o n f i l l e dw i t hp o r o u sm e d i aw e r ec a r r i e do u ta t57k i n d s o f w o r k i n gc o n d i t i o n s t h ei n s t a n t a n e o u st e m p e r a t u r e i nt h em i x i n gz o n e w a sm e a s u r e da n dr e c o r d e db yt h em u l t i p o i n tt h e r m o c o u p l et e m p e r a t u r e s e n s o rd e s i g n e ds p e c i a l l ya n dt h ed a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m c o m p a r i s o n s o ft h en o r m a l i z e dm e a na n dr o o tm e a ns q u a r et e m p e r a t u r e sa td i f f e r e n t c o n d i t i o n so ft h et e m p e r a t u r ed if f e r e n c e ( r i c h a r d s o nn u m b e r ) ，t h ef l o w r a t i o ( m o m e n t u mr a t i o ) ，a n dr e y n o l d sn u m b e ri nt h em i x i n gz o n e ，t h e e f f e c tm e c h a n i s mo ft h e s ef a c t o r so nt e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n si nm i x i n g z o n eo ft - ju n c t i o nf i l l e dw i t hp o r o u sm e d i aw e r ea n a l y z e d t h el e s n u m e r i c a lm e t h o dw a sv a l i d a t e db yt h ec o m p a r i s o no ft h en u m e r i c a l r e s u l t sa n de x p e r i m e n t a lm e a s u l e m e n tr e s u l t s a n do nt h i sb a s i s ，h o ta n d c o l df l u i d sm i x i n gf l o wa n dh e a tt r a n s f e ri nt h em i x i n gz o n eo ft - j u n c t i o n f i l l e dw i t hp o r o u sm e d i aw a sf u r t h e rn u m e r i c a l l yi n v e s t i g a t e da ts e v e r a l i n f l u e n c ef a c t o r so fp o r o u sm e di as t r u c t u r a le f f e c t ( p a r t i c l ed i a m e t e ra n d p o r o s i t y ) ，a n dt h e s k e l e t o nm a t e r i a l ( t h e r m a lc o n d u c t i v i t y ) t h em a i n c o n c l u s i o n sw e r ed r a w na sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ec a l c u l a t e dv a l u e su s i n gt h el e sn u m e r i c a lm e t h o dw e r ei n a g r e e m e n t w i t ht h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t sf o rt h en o r m a l i z e dm e a n t e m p e r a t u r ea n dt h en o r m a l i z e dr o o tm e a ns q u a r et e m p e r a t u r e i nt h e m i x i n gz o n eo ft - j u n c t i o nf i l l e dw i t hp o r o u sm e d i a t h em a t h e m a t i c a l v 一 处童，乞工大学博l j 学位论文 m o d e la n dt h el e sn u m e r i c a lm e t h o dw e r ev a l i d a t e d ( 2 ) i nb o t ht h ee f f e c to ff l o wd i s t u r b a n c ef r o mp o r ec h a n n e la n dt h e i m p a c to ft h eb r a n c ht u b ef l u i d ，t h ef l o wi nt h em i x i n gz o n ei sm a i n l y a f f e c t e db yt h ei n e r t i a lf o r c e ， a n dt h ee f f e c to fb u o y a n c yc a u s e db yt h e t e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eo nf l o wi sw e a k e n e d t h e r e f o r e ，a st h eb u o y a n c y a n dt h et e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h em a i nt u b ea n dt h eb r a n c ht u b e i n c r e a s e ，t h ep r e s s u r ed r o p ，v e l o c i t i e sa n dv e l o c i t yf l u c t u a t i o n s ，a n dt h e t e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o nh a v en os i g n if i c a n tc h a n g e si nt h em i x i n gz o n e o ft - j u n c t i o nf i l l e dw i t hp o r o u sm e d i a b u tt h et e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n i n c r e a s es l i g h t l y ( 3 ) w i t ht h ef l o wr a t i oo rt h em o m e n t u mr a t i ob e t w e e nt h em a i n t u b ea n dt h eb r a n c ht u b ei n c r e a s i n g ，t h ei m p a c ta c t i o no fc o l df l u i df r o m b r a n c ht u b ed e c r e a s e sa n dt h ed i s t r i b u t i o no fh o ta n dc o l df l u i d si nt h e m i x i n gz o n ec h a n g e s i nt h em i x i n gz o n eo ft - ju n c t i o nf i l l e dw i t hp o r o u s m e d i a ，a sar e s u l t ，t h et e m p e r a t u r ea n dt e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n so fm i x i n g f l u i d si n c r e a s e ，t h er e g i o no ft h el a r g e rt e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n sd e c r e a s e s a n dm o v e st ot h eb r a n c ht u b ei n l e t w h e nt h ef l o wr a t i oo rt h em o m e n t u m r a t i or e m a i n s u n c h a n g e d ，r e y n o l d sn u m b e ro ft h em i x i n g z o n ei s i n c r e a s e dw i t ht h ef l o wo ft h em a i nt u b ea n dt h eb r a n c ht u b ei n c r e a s i n g h o w e v e r , t h ed i s t r i b u t i o no fh o ta n dc o l df l u i d si nt h em i x i n gz o n eh a s n o tf u n d a m e n t a l l yc h a n g e ds ot h a tt h e t e m p e r a t u r e a n dt e m p e r a t u r e f l u c t u a t i o n so fm i x i n gf l u i di n c r e a s es li g h t l y ( 4 ) f o rt h es a m eu n i f o l mp o r o s i t yp o r o u sm e d i a ，w i t ht h er e d u c t i o n o ft h ep a r t i c l ed i a m e t e ra n dt h ep o r ec h a n n e ls i z ei nt h em i x i n gz o n eo f f - j u n c t i o n ，t h et u r b u l e n tm i x i n gs c a l eo fh o ta n dc o l df l u i d sd e c r e a s e s i t c a u s e st h a tt h ev e l o c i t y , t h ea m p l i t u d ea n dr e g i o no fv e l o c i t yf l u c t u a t i o n s d e c r e a s e ，w h i l et h ep r e s s u r ed r o pi n c r e a s e si nm i x i n gz o n e m e a n w h i l e ， t h ep h e n o m e n o no f t e m p e r a t u r es t r a t i f i c a t i o nb e c o m e so b v i o u si nm i x i n g z o n eb e c a u s eo ft h ec o n v e c t i v eh e a tt r a n s f e rw e a k e n e da n dt h e i t n al v i a b s t r a c t c o n d u c t i v i t y e n h a n c e d t h e a m p l i t u d ea n dr e g i o n o ft e m p e r a t u r e f l u c t u a t i o n sd e c r e a s e ( 5 ) f o ru n i f o r mp o r o u sm e d i ai nt h es a m ea r r a n g e m e n t ，a st h e p o r o s i t yd e c r e a s e s ，t h ev e l o c i t ya n dv e l o c i t yf l u c t u a t i o n sd e c r e a s e ，w h i l e t h e p r e s s u r ed r o p i n c r e a s e ss h a r p l yi n m i x i n gz o n e m e a n w h i l e ，t h e e f f e c t i v et h e r m a lc o n d u c t i v i t yo fp o r o u sm e d i ai n c r e a s e sr e s u l t e di nt h e h e a tc o n d u c t i o nb e t w e e nt h es o l i ds k e l e t o na n df l u i d se n h a n c e m e n t t h e m i x i n gt e m p e r a t u r eo fh o ta n dc o l df l u i d s i nt h em i x i n gz o n ei s a c c e l e r a t e du n i f o r m ，a n dt e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n sa l s od e c r e a s e ( 6 ) i nt h em i x i n gz o n eo ft - ju n c t i o nf i l l e dw i t hp o r o u sm e d i a ，t h e t h e r m a lc o n d u c t i v i t yo fs k e l e t o nm a t e r i a l si n c r e a s e sr e s u l t e di nt h eh e a t c o n d u c t i o nb e t w e e nt h es o l i ds k e l e t o na n df l u i d se n h a n c e m e n t t h e r e f o r e ， t h e f l u i d t e m p e r a t u r e r i s e si nt h e m i x i n gz o n e ，a n dt e m p e r a t u r e f l u c t u a t i o n sa tt h em i d d l ea n du p p e ro ft h et u b ei n c r e a s e b u tt h et h e r m a l c o n d u c t i v i t yo fs k e l e t o nm a t e r i a l sh a sn os i g n i f i c a n ti n f l u e n c eo nt h e p r e s s u r ed r o p ，t h ev e l o c i t ya n dv e l o c i t yf l u c t u a t i o n s k e yw o r d s ：p o r o u sm e d i a ，t - j u n c t i o n ，m i x i n gz o n e ，f l o wa n dh e a t t r a n s f e r , s t r u c t u r a le f f e c t ，s k e l e t a lm a t e r i a l v l i 梵壹仡二太孽博士学位论文 目录 摘寻要。i a b s t r a c t 。i v 目录。v i i i 符号说明。x i v 第一章绪论1 1 1 研究背景和意义1 1 2 研究进展2 1 2 1 t 型管道的研究现状2 1 2 2 多孔介质通道的研究现状6 1 3 本文的研究方法及内容1 2 1 3 1 研究方法与研究目的一1 2 1 3 2 主要研究内容1 2 第二章多孔介质t 型管道混合区流动与传热数学模型及数值模拟研 究方法1 5 2 1 物理模型15 2 2 数学模型16 2 2 1 大涡模拟数值方法17 2 2 2 控制方程19 2 2 3 边界条件和初始条件：2 0 2 2 4 计算区域的网格2 l 2 2 5 数值求解方法21 2 3 大涡模拟的数据提取及处理方法2 l 2 4 本章小结2 3 第三章多孔介质t 型管道混合区流动与传热实验研究2 5 3 1 实验目的、方法与内容2 5 3 1 1 实验目的2 5 3 1 2 实验方法2 5 目录 3 1 3 实验内容2 5 3 2 实验装置系统设计2 6 3 2 1 实验装置系统的总体设计及流程2 6 3 2 2t 型实验测试段设计及球形金属多孔介质2 7 3 2 3 温度数据采集系统及实验主要设备2 9 3 3 实验系统的安装调试与实验操作3l 3 3 1 实验系统安装31 3 3 2 实验系统调试3 2 3 3 3 实验系统操作3 2 3 4 实验方案3 3 3 4 1 影响t 型管道混合区流动与传热的因素3 3 3 4 2 实验工况3 6 3 5 实验数据采集及处理方法3 8 3 6 本章小结3 9 第四章多孔介质t 型管道混合区流动与传热实验结果及分析4 1 4 ；1 实验结果4 1 4 1 1 混合区各测点的瞬时温度4 1 4 1 2 混合区各测点的无量纲时均温度和无量纲均方根温度4 5 4 2 实验结果对比分析4 7 4 2 1 不同主支管温差实验结果的对比分析：4 7 4 2 2 不同主支管流量比实验结果的对比分析5 l 4 2 3 不同雷诺数实验结果的对比分析5 5 4 3 本章小结5 9 第五章多孔介质t 型管道混合区流动与传热大涡模拟结果验证及数 值分析6 1 5 1 大涡模拟数值计算结果的实验验证6 1 5 2 大涡模拟数值计算结果及分析6 3 5 2 1 瞬时速度分布及压力损失6 4 5 2 2 无量纲时均速度及无量纲均方根速度6 5 5 2 3 瞬时温度6 8 5 2 4 无量纲时均温度及无量纲均方根温度6 9 5 3 本章小结7 0 建童化二大孝博士学位论文 第六章多孔介质结构效应及骨架材料对t 型管道混合区流动与传热 的影响7 1 6 1概述7 l 6 2 颗粒直径对t 型管道混合区流动与传热的影响7 2 6 2 1 物理模型7 3 6 2 2 数值模拟工况参数：7 4 6 2 3 数值模拟结果及分析7 5 6 3 孔隙率对t 管道混合区流动与传热的影响8 4 6 3 1 物理模型8 4 6 3 2 数值模拟工况参数8 5 6 3 3 数值模拟结果及分析8 6 6 4 骨架材料对t 型管道混合区流动与传热的影响9 3 6 4 1 数值模拟工况参数9 4 6 4 2 数值模拟结果及分析9 5 6 5 本章小结9 9 第七章结论与展望1 0 1 7 1 结论1 0 1 7 2 本文创新点j 1 0 3 7 3 展望一1 0 4 参考文献1 0 5 j 1 5 【谢1 1 1 研究成果及发表的学术论文1 1 2 作者和导师简介。1 1 4 c o n t e n t s a b s t r a c t i v c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1 r e s e a r c hb a c k g r o u n da n d