循環(huán)流化床內多組分顆粒流化特性的數值研究.pdf

1、循環(huán)流化床鍋爐（CFB）技術是一項近20年來才發(fā)展起來的燃煤技術，因其燃燒效率高、污染物排放低和燃料適應性強等契合能源發(fā)展趨勢的特色優(yōu)勢，受到廣泛的關注和研究。然而在其內部稠密氣固兩相流動過程中，高隨機性、多種作用耦合和固相屬性不均等復雜因素給數值研究帶來了很大的困難。
　　目前的數值研究中，由于模擬條件的限制和實際物性的復雜，對于寬篩分的煤炭顆粒進行理想化處理已經成為共識。大多數的循環(huán)流化床內的流動、燃燒傳熱反應模擬主要基于平均

2、顆粒屬性（包括粒徑和密度）的假設，極大減少了計算量和對數學模型的要求。然而實際床料顆粒的粒徑和密度等屬性存在明顯差異，單組分顆粒的模擬過度簡化，將對模擬結果產生很大的影響。在多組分顆粒流化模擬方面，盡管有雙組分顆粒模擬的先例，然而模型依舊很不完善，忽略了顆粒間碰撞的動量交換，且兩種顆粒的假設并不夠典型。因此有必要建立一套基于多組分顆粒假設的模擬模型，并對循環(huán)流化床內的流動和燃燒進行數值模擬研究，進行氣固兩相流向實際寬篩分顆粒體系發(fā)展的探

3、索，為循環(huán)流化床甚至內部存在氣固流動的化工設備的發(fā)展提供數值借鑒。
　　根據煤炭顆粒粒徑符合Rosin-Rammler分布的特點，將顆粒粒徑細化為典型的細、中、粗三組分顆粒群進行研究，以顆粒動力學理論為出發(fā)點，考慮多組分顆粒間的各種相互作用，運用雙流體模型，建立基于氣體-多組分顆粒的數值模擬模型。模擬采用多相流程序軟件，由于其開源特性，更便于根據需要搭配模型。文中詳細分析了固相應力模型和關鍵的顆粒動力學相關理論，之后考慮多組分煤炭

4、顆粒燃燒的主要反應，編寫并調試了完整的模擬程序。
　　本文進行了三維流化床提升管的模型驗證對比、二維冷態(tài)循環(huán)流化床流動模擬和熱態(tài)流化床燃燒模擬。提升管的模擬驗證了模型的可行性，對比了多組分顆粒假設相比于單組分顆粒的優(yōu)點，并對比了兩種主要固相應力模型的區(qū)別。冷態(tài)循環(huán)流化床模擬得出關于多組分顆粒存在時濃度場、速度場、湍動度等流場特性，并分析顆粒密度、流化氣速對多組分顆粒群的流動影響。最后進行了二維流化床熱態(tài)燃燒模擬，燃燒主要考慮了煤的