流化床技术模拟方法研究PDF电子书下载

第一篇 基础知识 3

1流化床技术 3

1.1 流化床技术概述 3

1.2 流化床技术分类 5

1.2.1 按分离器工作温度分类 5

1.2.2 按分离器结构形式分类 7

1.2.2.1 采用旋风分离器的循环流化床锅炉 7

1.2.2.2 采用惯性分离器的循环流化床锅炉 8

1.2.2.3 采用组合系统的循环流化床锅炉 9

1.2.2.4 旋涡燃烧分离器的循环流化床锅炉 9

1.2.3 按有无外置式换热器分类 9

1.2.4 按物料循环倍率分类 10

1.2.5 按固体物料循环方式分类 11

1.2.6 按炉膛压力分类 13

1.2.7 按工质蒸汽压力分类 13

1.2.8 按锅炉水循环的方式分类 15

1.3 流化床反应器内气固特性研究 17

1.3.1 流化床反应器内气固流动特性研究 17

1.3.2 流化床反应器内气固燃烧特性研究 19

1.3.3 流化床反应器内气固气化特性研究 20

2流化床内颗粒动理学理论研究 22

2.1 颗粒动理学理论概述 22

2.2 颗粒动理学理论的发展 23

2.2.1 颗粒二阶矩理论 23

2.2.2 粗糙颗粒动理学理论 23

2.3 颗粒动理学理论在流化床中的应用 25

3流化床内气相大涡模拟方法研究 27

3.1 大涡模拟方法概述 27

3.2 亚格子流动模型研究 28

3.3 亚格子反应模型研究 29

3.4 大涡模拟方法在流化床中的应用 31

4流化床内气固相间作用研究 33

4.1 气固相间一阶作用力模型研究 33

4.2 气固相间二阶作用脉动能量模型研究 34

4.3 气固相间作用模型在流化床中的应用 34

第二篇 应用实例 39

5气相大涡模拟-颗粒相二阶矩模型 39

5.1 引言 39

5.2 气相大涡模拟模型 39

5.2.1 气相可解尺度质量守恒方程 39

5.2.2 气相可解尺度动量守恒方程 41

5.2.3 气相可解尺度能量守恒方程 42

5.2.4 气相可解尺度组分守恒方程 43

5.2.5 气相亚格子流动模型的封闭 44

5.2.6 气相亚格子反应模型的封闭 46

5.3 颗粒相速度脉动二阶矩模型 48

5.3.1 颗粒速度各向异性分布函数 48

5.3.2 颗粒相流动控制方程 49

5.3.3 颗粒相反应控制方程 51

5.4 气体-颗粒相间作用模型 53

5.4.1 相间曳力模型 53

5.4.2 气固相间二阶关联项模型 54

5.5 壁面边界条件 56

5.6 本章小结 57

6流化床内气固两相流动特性的模拟 58

6.1 引言 58

6.2 低质量流率提升管流动特性分析 58

6.2.1 模拟工况及条件 58

6.2.2 模拟结果与Jiradilok等实验对比 60

6.2.3 瞬时流动特性分析 62

6.2.4 浓度与速度特性分析 65

6.2.5 气相亚格子湍动能与耗散分析 67

6.2.6 颗粒相速度脉动二阶矩分析 69

6.2.7 气相与颗粒相雷诺应力型二阶矩分析 75

6.3 高质量流率提升管流动特性分析 77

6.3.1 模拟工况及条件 77

6.3.2 模拟结果与Herbert等实验数据对比 78

6.3.3 瞬时流动特性分析 79

6.3.4 气相亚格子模型比较 82

6.3.5 气固相间二阶关联模型比较 87

6.3.6 颗粒碰撞弹性恢复系数影响 91

6.3.7 气体表观速度的影响 94

6.3.8 颗粒质量流率的影响 97

6.4 本章小结 102

7流化床内燃烧过程特性的模拟 103

7.1 引言 103

7.2 流化床洁净煤燃烧特性分析 103

7.2.1 煤颗粒燃烧过程反应模型 103

7.2.1.1 煤热解反应模型 104

7.2.1.2 碳燃烧反应模型 105

7.2.1.3 挥发分燃烧反应模型 106

7.2.1.4 NOx排放过程反应模型 107

7.2.1.5 脱硫过程反应模型 110

7.2.2 模拟工况及条件 111

7.2.3 模拟结果与Topal等实验数据对比 112

7.2.4 煤颗粒燃烧过程瞬时结果分析 114

7.2.4.1 瞬时浓度与速度分布 114

7.2.4.2 瞬时颗粒相组分质量分数分布 116

7.2.4.3 瞬时气相组分摩尔分数分布 117

7.2.4.4 瞬时气相与颗粒相温度分布 121

7.2.5 煤颗粒燃烧过程时均结果分析 123

7.2.5.1 时均浓度与速度分析 123

7.2.5.2 时均颗粒相速度脉动二阶矩分析 125

7.2.5.3 时均颗粒相雷诺应力型二阶矩分析 128

7.2.5.4 时均碳燃烧结果分析 130

7.2.5.5 时均挥发分燃烧结果分析 132

7.2.5.6 时均NOx排放结果分析 135

7.2.5.7 时均脱硫结果分析 138

7.2.5.8 时均气相与颗粒相温度分析 141

7.3 煤-生物质混合燃烧特性分析 143

7.3.1 模拟工况及条件 143

7.3.2 单纯煤燃料模拟结果及分析 144

7.3.3 煤与稻壳混合燃烧模拟结果及分析 150

7.4 循环流化床反应器二氧化碳捕集特性分析 152

7.4.1 模拟工况及条件 152

7.4.2 实验对比 153

7.4.3 模拟结果分析与讨论 154

7.5 本章小结 156

8流化床内气化过程特性的模拟 158

8.1 引言 158

8.2 Gerber等的生物质气化过程模拟研究 158

8.2.1 生物质气化过程反应模型 158

8.2.1.1 生物质热解反应模型 159

8.2.1.2 焦油热解反应模型 160

8.2.1.3 水气转换反应模型 160

8.2.1.4 燃气氧化反应模型 161

8.2.1.5 碳的气化反应模型 161

8.2.2 模拟工况及条件 162

8.2.3 模拟结果与Gerber等实验对比 165

8.2.4 生物质气化过程瞬时结果分析 166

8.2.4.1 初始流化特性分析 166

8.2.4.2 瞬时浓度分布 171

8.2.4.3 瞬时气相组分摩尔分数分布 172

8.2.4.4 瞬时气相与颗粒相温度分布 178

8.2.5 生物质气化过程时均结果分析 180

8.2.5.1 时均浓度与速度分析 180

8.2.5.2 时均颗粒相速度脉动二阶矩分析 184

8.2.5.3 时均气相与颗粒相雷诺应力型二阶矩分析 189

8.2.5.4 时均焦油热解过程分析 192

8.2.5.5 时均燃气氧化分析 193

8.2.5.6 时均碳颗粒燃烧和气化过程分析 198

8.2.5.7 时均气相与颗粒相温度分析 202

8.3 Loha等的生物质气化过程模拟研究 203

8.3.1 模拟工况及条件 203

8.3.2 与Loha等实验结果的对比 204

8.3.3 流动特性分析 205

8.3.3.1 床料流动模型分析瞬时特性 205

8.3.3.2 颗粒速度分布时均特性 207

8.3.4 反应模拟结果分析 208

8.3.4.1 瞬时气相各组分浓度分布 208

8.3.4.2 时均气相各组分浓度分布 210

8.3.4.3 生物质颗粒浓度分布与温度场的关系 210

8.3.4.4 化学反应速率分布 212

8.3.5 不同生物质气化模拟结果及分析 213

8.4 本章小结 215

参考文献 217

附录 气相亚格子湍动能方程的推导过程 234