煤燃烧过程中一次破碎的影响因素分析

本文从理论上分析了煤燃烧过程中的一次破碎过程,同时考虑热应力和内部压力积聚的作用,建立了简化的一次破碎模型,通过此模型分析了煤颗粒的粒径、炉膛温度、炉膛对煤颗粒的传热系数、煤颗粒的热扩散系数、煤颗粒脱挥发分的化学动力学参数、煤中对流孔直径、煤的孔隙率、挥发分的粘性系数以及挥发分含量这9个参数对燃烧过程中煤颗粒一次破碎的影响,分析所得结果与近年来报道的实验结论基本保持一致。     

温度对生物质热解过程中传热特性的影响

基于欧拉-拉格朗日方法,考虑热解过程中挥发分的析出和颗粒体积的变化,以上海市常见的绿化树种香樟树的树枝为实验材料,对固定床中生物质颗粒热解过程中温度对传热特性的影响进行了详细研究,利用开源软件OpenFOAM获得了反应器内不同热解阶段不同温度范围内颗粒数的分布,给出了不同温度下的有效传热系数及不同传热方式所占的比例.结果 表明:热解温度越高,有效传热系数降低,固体颗粒的平均比热容也逐渐降低;同时热解温度越高,辐射的换热量占比越大,而对流提供的热量占比则不断下降.     

煤粉挥发分火焰行为的理论分析与简化模拟方法

考虑热解的扩展连续膜模型,可以详细预报煤粉挥发分析出、焦碳燃烧的全过程.模型以CH4燃烧的反应动力学特性,近似地描述了挥发分火焰.提出新的简化模拟方法均相着火后挥发分燃烧的移动火焰锋面(MFFVC)模型,弥补了挥发分现有计算方法中未考虑颗粒边界层内挥发分均相着火及燃烧的不足.与挥发分现有计算方法、扩散控制的挥发分燃烧(DLVC)模型相比, MFFVC模型预报与考虑热解的扩展连续膜模型符合较好.     

热解条件对煤中微量元素挥发性影响的实验研究

针对神府、北宿煤,在箱式高温电阻炉和快速热解设备上进行了慢速、快速高温热解实验,采用ICP-MS法对实验样品进行了微量元素含量测定,计算了Se,As,Cd,Ga,Pb,Zn,Ba,Cr,Be,Ni,Sr,Hf等元素的挥发率.研究了高温制焦过程中有害微量元素的挥发性规律.在950～1400℃温度范围内,部分微量元素的挥发率随热解终温的升高而增大;神府煤慢速、快速热解过程中,元素的挥发性规律较相似;慢速升温热解时微量元素的挥发率较大.北宿煤变质程度高于神府煤,热解过程中微量元素的挥发性降低.     

煤颗粒热膨胀量与破碎特性的研究

煤颗粒的热膨胀破碎特性直接影响流化床锅炉的运行效率.本文利用热机械分析仪(TMA)测定了不同种类不同密度的型煤和原煤的热膨胀特性,并对部分破碎微观形貌进行了FSEM观察;通过旋转炉内的燃烧试验研究了热膨胀特性和破碎的关系.研究表明,煤颗粒在燃烧过程中其热膨胀破碎主要发生在挥发分析出阶段;内部挥发分的析出会使颗粒内压增大而产生膨胀,进而产生细小裂纹并破碎;挥发分越高,颗粒密度越大,其热膨胀形变率越大,越容易发生破碎现象;主要挥发分析出后热膨胀引起的破碎可以忽略.     

高超声速再入体表面热解烧蚀效应数值模拟

表面防热材料热解与烧蚀效应研究在高超声速飞行器总体设计中具有重要应用价值。以热解烧蚀效应对飞行器目标特性及通信性能影响的预测评估为背景, 从化学非平衡气体动力学方程及固体热传导方程出发, 建立了气-固交界面上热解烧蚀壁面边界条件的一般形式及热物理化学模型, 发展了高超声速再入体绕流流场与表面材料内部温度场耦合求解的数值模拟方法, 并对计算模型和数值方法的可靠性进行了验证分析。在此基础上针对复杂外形再入体及表面硅基防热材料, 开展了典型再入条件下再入体绕流及尾流流场的数值模拟, 重点分析了表面材料热解烧蚀效应对流场等离子体分布的影响。研究表明: 在表面材料中不含碱金属杂质的情况下, 热解与烧蚀效应对流场中等离子体分布影响较小, 而在含有微量碱金属杂质的情况下, 热解与烧蚀效应对流场中等离子体分布及化学组分分布具有很大影响, 由此对再入目标特性与电磁通信性能带来的影响不容忽视。      

空气在多孔介质中对流换热的数值模拟

本文对空气在多孔结构中的对流换热进行了数值研究．数值模拟与实验的比较表明,对空气在玻璃或轴承钢颗粒多孔结构中的对流换热进行数值模拟时,应采用考虑热弥散效应的局部非热平衡模型．本文还研究了颗粒直径、颗粒导热系数、空气物性随压力的变化及粘性耗散等对换热的影响．     

中美典型煤种的脱挥发分特性

本文以中美典型煤种为研究对象,研究了不同煤阶煤种在接近于工业炉膛的O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下的脱挥发分特性。详细对比探究了煤阶和脱挥发分气氛对表观挥发分产率、元素释放率和挥发分热值的影响。研究结果表明;高挥发分煤在O_2/CO_2气氛下的高温快速脱挥发分产率低于O_2/N_2气氛;煤粉在O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下脱挥发分过程中元素的释放率没有明显差异;单位kg煤粉中含有挥发分的热值随煤阶的增加而降低;单位kg高挥发分的烟煤、次烟煤和褐煤在O_2/CO_2气氛下的挥发分热值要低于O_2/N_2气氛。     

受振颗粒“毛细”系统中的对流与有序化

将球形颗粒倒入内径较窄的管状容器时,管壁的曲率会对颗粒的堆积结构产生影响,存在壁效应. 实验表明通过连续的竖直方向的振动,壁效应可以被强化,颗粒可以经由对流由无序排列转变为稳定的同轴筒形“壳层”结构. 每一壳层内,颗粒是二维的六角密堆积, 在这一转变过程中,颗粒堆积率的径向分布由初始的衰减振荡转变为等幅振荡. 分析了堆积率的不均匀性及空气在对流中的作用,以及形成“壳层”结构的动力学过程,对“壳层”结构的稳定性亦进行了讨论. 关键词： 颗粒物质 对流 有序化 毛细     

振动颗粒物质中倍周期运动对尺寸分离的影响

实验研究了竖直振动颗粒床中,倍周期运动对尺寸分离的影响.实验中,当振动加速度足够大时,系统中出现稳定的对称对流,进一步增大振动加速度到某个临界值时,还会出现倍周期运动.观察表明,背景颗粒的对流运动对分离过程起主导作用,对流速度决定着分离过程的快慢,而在2倍周期和4倍周期分岔之后,分离时间有所减慢.对引起对流运动的起因进行了分析,以此为基础分析了倍周期运动产生影响的物理机理,并对分离时间进行了定量计算,结果与实验值符合很好. 关键词： 颗粒物质 “巴西果”效应 倍周期分岔 对流     

基于TG-FTIR的圆柏心、边材热解研究

生物质热解是实现生物质废弃物有效处理及生物质材料高效利用的重要途径之一,因此对生物质热解过程及其机理进行研究具有极大的现实意义。木材作为一种来源广泛的可再生材料也是众多生物质热解原料中的一种,由于组成成分等多方面的差别,不同树种的热解特性具有明显差异。然而,同一种木材的心材与边材由于在组织构造、化学组成及其含量等方面有着明显不同,因此在热解特性和产物方面也存在一定的差异,该工作即对此进行深入研究。试验以心、边材区分明显的常见园林绿化物圆柏为试验材料,通过TG-FTIR联用技术分别得到其心、边材热解过程中的热重曲线和挥发分的红外光谱谱图并对其进行分析。结果表明,纤维素、半纤维素、木质素和抽提物含量对心、边材热解特性影响显著。由于圆柏心材半纤维素、木质素含量较高,在热解前期和热解后期具有比边材更大的失重率,而较高的抽提物含量则在一定程度上增加了其在反应中期的失重率,减小了该范围内心、边材失重率的差异;边材纤维素含量较高,因此其在300~380 ℃,失重明显,在DTG曲线中的最大失重速率也较高。在红外图谱中,心、边材热解所产生的挥发分种类几乎相同,但在数量上有差异,当热解达到最大失重速率时,所产生的挥发分明显增加,且整个过程中边材产生的有机酸类化合物更多,而心材相对产生更多的水和CO₂。     

颗粒介质尺度效应的抗剪试验及物理机理分析

针对颗粒介质力学特性的颗粒尺度效应研究,选用土矿物颗粒制备不同颗粒尺度的抗剪试样,进行一系列直剪快剪和三轴抗剪试验,测得了不同颗粒粒径和体分比试样的变形曲线及剪应力强度;基于颗粒间微观作用力与重力比值和胞元体模型,首次从微观和细观角度解释颗粒尺度效应的物理机理.结果表明,随着介质中粗颗粒的比例增加和粒径减小,介质变形特性增强,剪应力强度也随之提高;体分比对变形和强度特性的影响比粒径的影响更加显著.基于介质特性尺度效应物理机理分析,提出衡量介质颗粒聚集和摩擦效应的微重比判别参数以及应变梯度和变形协调微裂纹引起颗粒尺度效应的细观机理解释;文中提出的胞元体模型大大减少了颗粒物质体系的计算自由度,为工业和工程设计的计算建模提供一种可行途径.     

基于图像处理的生物质颗粒燃烧特性研究

本文通过搭建McKenna型燃烧系统研究生物质颗粒的燃烧特性。基于数字图像处理技术分别研究氧浓度、流量和颗粒尺寸对生物质颗粒燃烧特征和挥发分火焰特征的影响。研究表明,随着氧浓度的增加,生物质颗粒的着火延迟时间、挥发分燃烧时间和碳燃烧时间均呈现下降趋势。挥发分火焰时均面积随着氧浓度的增加而减小,挥发分火焰时均平均亮度随着氧浓度的增加而增加。流量对生物质颗粒燃烧特性的影响与氧浓度的影响相似,而颗粒长度对生物质颗粒燃烧特性的影响与氧浓度和流量的影响相反。     

纳米TiO2颗粒对电流变悬浮液中硅油的挥发增强效应

物理化学性能稳定的二甲基硅油常作为电流变液分散相, 当与纳米量级的介电颗粒混合组成电流变悬浮液时, 在非密闭环境下极易挥发, 时间足够长时, 可完全挥发. 本文通过实验研究了纳米二氧化钛颗粒对二氧化钛和硅油组成的悬浮液中硅油挥发增强现象, 分析表明, 纳米颗粒在电流变悬浮液的硅油气-液界面上形成纳米尺度的凸型曲面, 使液面上蒸气压大大提高, 导致挥发增强. 本文还对颗粒浓度, 环境温度和硅油黏度等对硅油挥发增强效应的影响进行了系统的研究和分析.     

燃煤易挥发微量重金属元素行为的试验研究

为了解煤燃烧过程中易挥发微量重金属元素的行为及其控制因素,对黔西南烟煤和无烟煤进行了层燃实验和流化床燃烧实验。结果表明,层燃实验,煤中Hg在150℃挥发率达50.25％。到815℃几乎全部释放,Se的挥发率平均在98％以上。950℃下煤中As、Sb的挥发率平均为36.77％和34.47％。流化床燃烧,煤中绝大部分Hg以气态排放到大气中,部分Se以气态排放;微细颗粒吸附Hg、Se、As和少量的Sb以吸附态排放。赋存状态、燃烧方式以及燃烧工况等对微量重金属的挥发性有明显的控制作用。     

单颗粒无烟煤着火特性典型影响因素研究

为理解不同典型参数对无烟煤着火特性的影响,本文建立了单颗粒煤粉着火模型。基于主要的总包非均相反应和气相反应及相应的对流和传热传质规律,模拟O_2/N_2燃烧方式下煤粉颗粒的着火过程,研究了不同的气流温度、O_2浓度、对流条件等关键因素对无烟煤颗粒着火的影响特征,结果表明气流温度增加时煤粉颗粒着火延迟时间在不同对流条件下普遍变短,且温度较高时着火延迟时间对对流强度变化的响应有所减弱;在相同气流温度和O_2浓度条件下,气流对流强度处于较低水平时,其变化对着火延迟时间的影响相对明显;当气流的温度和对流条件一定时,O_2浓度增加则着火延迟时间变短,但影响较小。模型得到文献数据的有效检验。     

挥发份的均相反应等对N_2O、NO生成影响的模拟与实验研究

用模拟和实验相结合的方法研究了挥发分的均相反应、温度等因素对N2O、NO生成与分解的影响。研究发现，挥发分主要通过分解反应影响N2O的排放量，而主要通过生成反应影响NO的排放量。与高挥发分煤混合燃烧时，不仅N2O生成量降低，氮生成N20的总体转化率也下降。N2O的经时特性要经历一个从生成到分解的过程。     

综合流动和传热的废轮胎回转窑热解模型

废轮胎在回转窑内的热解主要受到气-固相流动、传质和传热及化学反应动力参数等因素的影响。在对回转窑 内固体颗粒运动、传热传质进行分析的基础上,结合对轮胎热解反应动力学的研究,发展了综合流动、传热的废轮胎回转 窑热解模型,可计算得到回转窑内热解的温度分布、物料转化率、产物得率等。模型计算结果与试验结果吻合较好。     

强声波作用下煤颗粒周围气体的振荡流动特性

根据二维非稳态层流的质量和动量守恒方程,研究强声波作用下煤颗粒周围气体的振荡流动特性.入射波的振幅远大于颗粒特征长度,声雷诺数小于20.根据通用微分方程的解,详细分析不同声雷诺数与斯特劳哈尔数下,颗粒壁面的流场分布、轴向压力梯度、切向应力及分离角的分布,发现在低频（~50 Hz）时,颗粒壁面轴向压力梯度、切向应力及流动分离角的分布主要受曲率效应影响,其变化规律与振荡速度的幅值变化相对应;在高频时（~5 000 Hz）,颗粒壁面轴向压力梯度、切向应力及流动分离角的分布同时受到曲率效应和流动加速度的影响.为进一步研究强声波强化煤颗粒燃烧提供理论基础.     

纳米流体对流换热机理分析

考虑在纳米流体中纳米颗粒做布朗运动引起的对流换热, 基于纳米颗粒在纳米流体中遵循分形分布, 本文得到纳米流体对流换热的机理模型. 本解析模型没有增加新的经验常数, 从该模型发现纳米流体池沸腾热流密度是温度、纳米颗粒的平均直径、 纳米颗粒的浓度、纳米颗粒的分形维数、沸腾表面活化穴的分形维数、基本液体的物理特性的函数. 对不同的纳米颗粒浓度和不同的纳米颗粒平均直径与不同的实验数据进行了比较, 模型预测的结果与实验结果相吻合. 所得的解析模型可以更深刻地揭示纳米流体对流换热的物理机理.