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第1部分 多相流动系统的基础 3

第1章 多组分平衡态 3

1.均匀的气相平衡态 3

1.1 吉布斯函数最小值法 4

1.2 极值方程的Newton—Raphson解 6

2.凝聚相 11

3.热化学性质 13

4.计算技术 14

5.推荐方法 16

6.符号 17

7.参考文献 19

第2章 多组分守恒方程 20

1.雷诺输运定理 20

2.连续方程 24

2.1 气相组分的连续方程 24

2.2 在气体—颗粒混合物中的气相连续方程 27

2.3 分散相连续方程 29

2.4 总体连续方程 30

3.动量方程 30

3.1 气相动量方程 30

3.2 在气体—颗粒混合物中的气相动量方程 33

3.3 分散相动量方程 35

3.4 整体的动量方程 37

4.能量方程 38

4.1 气相能量方程 38

4.2 在气体—颗粒混合物中的气相能量方程 42

4.3 分散相能量方程 45

4.4 总体能量方程 51

5.控制方程提要 51

6.控制方程的宏观形式 53

6.1 连续方程 54

6.2 动量方程 55

6.3 能量方程 58

7.输运系数 61

7.1 技术基础 62

7.2 输运系数方程 64

8.符号 70

9.参考文献 74

第Ⅱ部分 速率变化过程 78

第3章 湍流 78

1.湍流特性 78

2.雷诺方程组及其封闭问题 79

3.湍流模型 81

3.1 平均速度场封闭问题 81

3.2 平均湍流能量封闭问题 83

3.3 平均雷诺应力封闭问题 85

3.4 湍流系数 86

4.推荐方法 86

5.符号 87

6.参考文献 88

第4章 气相化学动力学 90

1.均相反应速率表示式 90

2.非均相反应速率表示式:关联指标 92

3.湍流燃烧模型 95

3.1 模型1 局部均相有限化学反应速率模型 96

3.2 模型2 化学平衡条件下有限速率的微观混合模型 97

3.2a 关联指标的估算 101

3.2b 对于粉状燃料的改进研究 102

3.3 模型3 聚合或分离模型,或称“Monte Carlo”模型 103

4.推荐的方法 104

5.计算方法 104

5.1 化学动力学校正方程的解 107

5.2 初始的估算值 108

6.符号 111

7.参考文献 113

第5章 粉煤火焰中的辐射传热 115

1.历史背景 115

2.在工业炉中的传热 116

3.辐射的基本概念 117

3.1 辐射 117

3.2 强度 117

3.3 发射系数 119

3.4 吸收系数和散射系数 120

4.颗粒散射光学 123

4.1 颗粒尺寸参数 125

4.2 颗粒形状参数 126

4.3 折射系数 126

4.4 角散射截面 127

4.5 总散射截面 127

4.6 散射效率因子 127

4.7 吸收效率因子 128

4.8 散射系数和吸收系数 129

5.辐射传递方程 129

6.问题的简化 130

7.辐射传递方程的解 132

7.1 Hottel的区域法 133

7.2 Monte Carlo法 133

7.3 扩散近似法 133

7.4 通量法 134

8.辐射组分光学和辐射性质 135

8.1 光学性质 135

8.2 平衡温度 138

8.3 平均射线长度 138

8.4 边界条件 139

9.符号 140

10.参考文献 143

第6章 气体—颗粒流动 147

1.颗粒的扩散 147

2.颗粒阻力 151

2.1 稳态气动阻力 151

2.2 浮力 154

2.3 虚假质量效应 155

2.4 Basset 力 156

2.5 Magnus 效应 156

2.6 Saffman升力 157

3.气体—颗粒传热 158

3.1 气体和颗粒之间的对流传热 158

3.2 辐射传热 159

4.气体—颗粒间的传质 160

5.符号 160

6.参考文献 163

第Ⅲ部分 煤的特性和反应速率 168

第7章 煤的一般性质 168

1.煤的形成和变化 168

2.煤的分类 170

3.煤的物理和化学性质 171

4.参考文献 181

第8章 快速热分解 182

1.引言 182

2.实验结果 183

2.1 实验方法 184

2.2 数据 184

3.热分解模型 193

3.1 一般的简化假设 193

3.2 动力学模型 194

4.提要 197

6.符号 198

6.参考文献 199

第9章 炭以及碳的非均相反应 203

1.引言 203

2.炭与氧气的反应 207

3.炭与二氧化碳的反应 212

4.炭与水蒸汽的反应 217

5.炭与氢气的反应 221

6.符号 223

7.参考文献 224

第10章 挥发份的燃烧 229

1.引言 229

2.甲烷的氧化反应 231

3.其他碳氢化合物的氧化反应 233

4.总体反应 235

5.建议 237

6.符号 244

7.参考文献 245

第11章 粉煤燃烧时污染物质形成的机理和动力学 249

1.引言 249

2.碳黑微粒(Soot) 250

3.含氮的污染物质 252

3.1 大气中的固定氮气 253

3.2 燃料氮 256

3.2a 结构和释放 256

3.2b 气相化学动力学 261

4.无机物形成的污染 266

4.1 煤灰的特性和矿物学 266

4.2 飞灰形成的机理 269

4.3 氯和强碱金属 273

5.含硫的污染物 274

5.1 结构和释放 275

5.2 气相化学动力学 278

6.在气化器中的污染 281

6.1 燃料氮的气化 282

6.2 无机物和颗粒物质 284

6.3 燃料硫的气化 284

6.4 提要 285

7.符号 286

8.参考文献 287

第12章 粉煤反应过程的模拟 296

1.一般探讨 296

2.粉煤的模型方程 302

2.1 煤的反应速率 302

2.1a 煤脱去挥发份的反应 302

2.1b 碳的氧化 304

2.2 碳氢化合物的氧化 305

2.3 水份的蒸发 306

2.4 气体—煤颗粒之间的输运速率 306

2.4a 对流—导热传热 306

2.4b 对流—扩散传质 308

2.5 混合气的性质 309

2.6 煤的物理性质和参数 311

3.符号 314

4.参考文献 316

第Ⅳ部分 煤转换过程的数学模拟问题 322

第18章 —维系统的模型 322

1.粉煤—空气火焰的传播 322

1.1 背景 322

1.2 模型的假设和方程组 324

1.3 辅助方程 327

1.4 求解技术 329

1.5 预示结果与实验测量结果的比较 330

1.5a 气相系统 331

1.5b 煤—空气系统 331

1.6 传播机理 337

1.7 湍流火焰 338

2.粉煤的燃烧与气化 345

2.1 引言 345

2.2 模型的基础 345

2.3 模型方程 347

2.4 求解方式 351

2.5 预示值与实验结果的比较 352

2.6 其他的粉煤燃烧和气化模型 354

3.符号 355

4.参考文献 359

第14章 多维系统的模型 363

1.通用粉煤反应器模型 363

1.1 引言 363

1.1a 湍流混合模型 364

1.1b 气相化学动力学部分 365

1.1c 两相流动部分 365

1.1d 辐射部分 365

1.1e 煤的反应部分 366

1.1f 混合气性质 366

1.2 总体结构 366

1.3 Eulerian方程(气相) 368

1.3a 流体力学方程组 372

1.3b 热化学方程组(CHEM) 375

1.4 Lagrangian方程组(固相) 379

1.4a 控制方程组 379

1.4b 两相流动(PSIC) 382

1.4c 粉煤(COAL) 387

1.4d 输运性质(TPROPS) 389

1.4e 热辐射(QRAD) 392

1.5 求解方案 396

1.6 二维非定常分析 401

2.符号 402

3.参考文献 405

第Ⅴ部分 附录 410

附录A.换算因子 410

附录B.预示输运系数所需要的物理参量 413

附录C.关于四通量辐射模型的推导 424

附录D.关于欧拉有限差分方程的推导 431