煤粉燃烧炉内细颗粒物沿程演化特性模拟

本文针对微米及亚微米细颗粒物在煤粉自维持燃烧高温一维炉中的沿程演化特性进行了定量模拟。从高温火焰区到焦炭燃烧区,利用聚并机理和碳烟氧化模型计算了细颗粒物浓度的粒径分布(PSD)变化,表明碳烟氧化是焦炭燃烧区颗粒浓度分布变化的主要因素,仅聚并作用无法生成PM_(0.1)以上颗粒。并通过预设碳烟份额得到与实验值吻合较好的焦炭燃烧区出口颗粒浓度分布曲线。     

外加液滴条件下固体细颗粒声凝并特性

外加声场激励下固体细颗粒的声凝并在燃烧污染物超低排放中具有应用潜力,添加大粒径液滴有望提高细颗粒声凝并效果.本文从颗粒运动、碰撞、凝并与反弹的动力学过程出发,基于直接模拟蒙特卡罗方法,建立气相中液滴与固体颗粒共存的气-液-固三相体系的声凝并模型,对外加液滴条件下固体细颗粒声凝并的过程和效果开展数值模拟.将模拟结果与实验相对比,验证模型可靠性.在此基础上,探究外加液滴条件下细颗粒声凝并动力学行为,考察外加液滴直径和数目浓度对细颗粒声凝并效果的影响规律.结果表明,外加液滴条件下,固体细颗粒迅速与大粒径液滴凝并,形成液-固混合相颗粒,细颗粒凝并效率显著提升.外加液滴直径和数目浓度是影响细颗粒声凝并的重要因素,随着直径的增大或数目浓度的提高,细颗粒凝并效率增大,而增幅趋于减小.研究结果可为复杂颗粒系统凝并模型的建立提供理论基础,并可为燃烧源细颗粒超低排放提供方法指导.     

高密度循环流化床三维全场数值模拟

对不同提升管出口结构的高密度循环流化床全场气固流动进行三维数值模拟,气相采用LES湍流模型,固相采用MP-PIC方法。系统地考察了五种不同的提升管出口条件对固体循环通量、系统压力分布和颗粒浓度和速度分布的影响。结果表明,出口结构对提升管出口处的固体循环通量、出口局部压损和出口附近颗粒浓度分布均有明显影响;与其余四种出口条件相比,采用C型光滑出口,可以使循环流化床获得更高的固体循环通量和提升管颗粒浓度;在单侧出口条件下,高通量提升管颗粒浓度呈现径向非对称分布,颗粒速度径向分布在出口附近也有明显减小。     

流化床内重金属蒸发特性的动力学模型

在流化床内煤燃烧烟气中重金属浓度的实时监测基础上,发展动力学模型来研究重金属蒸发释放的动力学特性.该方法包括出口烟气中的重金属浓度变化的实验数据和一个反应器尺度的模型.在反应器的气体出口安装了在线分析系统,该在线分析系统可连续测量烟气中的重金属浓度变化规律.将烟气重金属在线分析的实验结果作为模型的输入参数,根据重金属的蒸发率和固体颗粒中重金属浓度的关系得到其蒸发的动力学规律,对于煤得到2级反应动力学规律.     

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.     

耦合反应器中化学链燃烧的模拟

基于颗粒动理学和化学动力学理论,建立化学链燃烧计算模型,数值模拟了耦合反应器内化学链燃烧过程,获得了反应器内流场特性和各组分分布规律,并很好地捕捉到了空气反应器中颗粒呈现出的非均匀环核流动结构。模拟结果同时给出了反应器中温度分布规律以及各出口颗粒质量流率和各组分浓度随时间的变化,为耦合反应器的设计优化提供了一定的依据。     

等离子体对含硼两相流扩散燃烧特性的影响

为排除来流空气对含硼燃气的掺混效应, 研究等离子体对含硼富燃料推进剂在补燃室二次燃烧过程的影响, 建立了含硼两相流平行进气扩散燃烧物理模型. 利用高速摄影仪拍摄了含硼燃气在补燃室二次燃烧的火焰图像, 分析了该物理模型的扩散燃烧特性和硼颗粒的二次点火距离. 采用硼颗粒的King点火模型、有限速度/涡耗散模型、颗粒轨道模型和RNG k-ε模型以及等离子体模型, 模拟了一定条件下等离子体对含硼两相流扩散燃烧过程的影响. 结果表明, 依据含硼燃气二次燃烧图像得到的硼颗粒二次点火距离, 与数值模拟结果基本一致, 保证了该物理模型和计算方法的可靠性. 含硼两相流经过等离子体区域后, 硼颗粒在运动轨迹上颗粒温度明显增加, 颗粒直径明显减小, B₂O₃的质量分数分布区域明显扩增, 70%的硼颗粒在到达补燃室2/3尺寸前燃烧效率已达到100%, 硼颗粒充分燃烧释放出更多热量导致中心流线区域温度增加近1/2, 可见等离子体可以明显强化含硼两相流的燃烧过程, 提高硼颗粒的燃烧效率.     

多组分颗粒稠密气固两相流动的数值模拟

基于气体分子运动理论和颗粒动理学方法，建立多组分颗粒气固两相流等温流动模型。模型考虑了颗粒相各组分颗粒温度的差异、气相与颗粒相以及颗粒相各组分之间的动量和能量的传递和耗散，以及相间作用。建立颗粒相粘性系数、颗粒相压力等物性参数计算模型。模拟计算颗粒相浓度、粒径分布等参数与实测值相吻合。     

循环流化床返料系统固体颗粒微波多普勒测量

本文基于微波多普勒速度测量和电容层析成像浓度测量技术,研究循环流化床多分离器系统固体颗粒流量分配特性。其中微波多普勒测量系统主要由微波信号发射和接受天线、微波信号采集系统和分析软件组成.电容层析成像系统由电容传感器和电容采集模块构成。通过微波测量得到颗粒的平均速度,电容层析成像得到颗粒平均浓度分布,将上述两个参数结合,得到固体颗粒的流量。实验结果证实了电容和微波相结合对颗粒返料流率测量的可行性.     

用简化的联合PDF模型计算CH_4扩散燃烧

在二阶矩的范围内提出了联合的简化的PDF模型,在该模型中,假定联合的PDF满足反应物浓度和温度的三维高斯分布,因此化学反应速率可以很容易的通过积分获得。与其他模型相比,本模型可以方便的应用于湍流预混燃烧和扩散燃烧。为了对该模型进行检验,计算了甲烷的射流扩散燃烧。计算结果表明,相对于EBU,EBU-Arrhenius模型有了很大的改进,特别是轴线上的温度,同时计算结果与实验结果比较相符,表明该模型可以方便的考虑化学反应动力学和湍流扩散的影响。     

旋风分离器固体颗粒浓度三维电容层析成像分布

本文采用12电极电容传感器测量得到旋风分离器锥体部分的电容信号,利用线性逆反推算法得到断面固体颗粒的二维浓度分布。基于二维断面浓度分布,采用电容三维图像重建算法,得到锥体部分的三维颗粒浓度分布。图像重建结果与旋风分离器实际运行状况和数值计算结果吻合,说明电容层析成像及三维图像重建方法的准确性和可行性。     

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。     

循环流化床多旋风分离器入口电容层析成像测量

旋风分离器是循环流化床锅炉的关键部件之一,其分离性能将直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计及锅炉的运行性能.大型循环流化床锅炉采用多个旋风分离器与炉膛出口并联布置实现气固分离.研究其分离系统的气固两相流动特性可进行旋风分离器的分离性能分析。本文针对600 MW超临界循环流化床锅炉的冷态模型,采用电容层析成像测量技术进行旋风分离器入口烟道内气田两相流固相颗粒浓度测量,在不同床料量和炉膛表观风速下,研究多个旋风分离器入口固体颗粒分布特性,得到不同分离器入口处固体颗粒浓度随流化风速、初始物料量的变化,分析了电容原始信号的波动特性,研究结果对流化床大型化多分离器优化布置提供了支持.     

激光加载锡的动态破碎颗粒尺寸分布

基于Grady能量破坏准则,结合固体动态断裂碎块尺寸分布规律研究结果,提出了材料微层裂破碎颗粒质量分布改进模型,并对强激光加载下锡的熔化破碎实验进行了理论计算。研究显示,理论计算的锡的微层裂破碎颗粒分布数随直径变化规律与实验结果一致,模型进一步改进需考虑应变率变化等更多综合因素影响。     

垂直上升管内空泡份额的数值计算

本文对垂直向上流动的均匀加热管内空泡份额的轴向分布拟定了计算数学模型,在一定参数范围内对制冷剂12实验管段进行了计算,计算结果与测得的实验值吻合良好,平均误差为5％.经与目前通用的几种经验计算公式比较,数值计算结果均处于各公式适用范围之内.因此本数学模型可以在较广的参数范围内替代经验公式.模型计算还证实空泡份额沿流道轴向是非线性分布.随参数不同、其非线性程度也不相同.     

CFD和电容成像对旋风简浓缩特性的对比研究

设计了一种无排气管旋风浓缩简,运用CFD对无排气管旋风筒浓缩特性进行了计算,验证了设计参数的有效性。同时,采用ECT测量了管道截面上固体颗粒的浓度分布。两种方法所得结果具有很好的一致性.这两种方法的结合,为浓缩器的进一步深入研究提供了有效的方法。     

回转窑内MSW轴向传输和扩散的数学模型和仿真

本文发展了随机颗粒轨道模型并用来预测ＭＳＷ在回转窑内轴向传输和扩散现象，即停留时间分布。模型创新性在于：（１）首次采用颗粒受力矢量分析而非Ｓａｅｍａｎ倡导的几何分析来确定窑内单历程中颗粒的滚落轨迹；（２）充分考虑了ＭＳＷ在回转窑内分离现象，引入参数来表达颗粒滚落过程的随机分布函数。模型计算值和试验结果取得良好的一致，可以为回转式热解或焚烧炉的设计和运行提供依据。     

突扩圆管内液-固两相流固体颗粒运动特性的DPM数值模拟

采用考虑颗粒碰撞的欧拉一拉格朗日数值模拟方法(DPM),对水平突扩圆管中液固两相流固体颗粒的碰撞过程进行了数值计算.在模型中,对液相采用欧拉法建立控制方程,对离散颗粒采用拉格朗日方法模拟.采用硬球模型描述颗粒间的碰撞作用.计算结果表明,该模型可以真实地模拟液固两相流中固体颗粒运动的动态变化过程以及颗粒的非均匀分布特征,从单颗粒层次上提供颗粒的运动信息,这有助于深入研究液固两相流中固体颗粒的运动规律.     

双头部燃烧室两相燃烧流场数值研究

本文在贴体坐标系下对双头部火焰简内三维两相紊流燃烧过程进行数值模拟,采用代数雷诺应力模型模拟紊流粘性、EBU-二阶矩模型模拟燃烧反应速率、六通量辐射模型考虑热辐射对燃烧流场及火焰筒壁温的影响.分别运用颗粒轨道模型与颗粒随机轨道模型研究燃烧室内气液两相流动与燃烧过程,将所得出口温度分布与实验结果进行比较,均较为相符.     

强旋流燃烧中固体燃料沉积特性的模型化

在强旋流燃烧中,固体颗粒向壁面的沉积趋势急剧增强,高温下甚至发生附壁燃烧和熔渣流动等复杂现象。考虑到现有理论模型的缺陷,本文首先构建了相关的颗粒沉积、附壁燃烧和熔渣流动的子模型,并考察了在煤和木粉不同掺混比下,固体颗粒的沉积特性以及渣层的熔融特性。研究结果表明,在同样粒径时,木粉的沉积能力比煤粉弱很多,形成飞灰排放的趋势更加明显;与纯煤工况相比,适量木粉的添加,不但可以提高燃烧性能,同时也可以促使颗粒和沉积表面的快速熔化,有利于形成连续稳定的液渣层。本文的模型和数值模拟研究能够定量地反映出强旋流燃烧时的颗粒沉积规律,对于燃烧工程设计有一定的参考价值。