水平管內(nèi)粉煤氣力輸運(yùn)特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，同時(shí)以直接燃燒為主的煤炭利用方式帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。因此，能源的高效利用及清潔能源的發(fā)展顯得尤為重要。煤氣化是煤炭高效低污染利用的關(guān)鍵技術(shù)，是發(fā)展以煤炭為基礎(chǔ)的化學(xué)品生產(chǎn)、先進(jìn)的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、制氫、燃料電池、直接還原煉鐵等過程工業(yè)的基礎(chǔ)，是這些行業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)。發(fā)展以煤氣化為關(guān)鍵的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)成為各國(guó)高效低污染利用煤炭的熱門技術(shù)和重要研究方向。大型化是煤炭氣化技術(shù)發(fā)

2、展的首要問題。其技術(shù)途徑是一定條件下，通過提高操作參數(shù)（壓力、溫度）、強(qiáng)化反應(yīng)速率以達(dá)到提高單爐的生產(chǎn)效率。因此，煤粉的輸送壓力必須要比氣化的壓力高，用盡可能少的載氣(N2）輸送盡可能多的煤粉，一般粉煤濃度高達(dá)300-600kg/m3，是典型的密相輸送。在密相氣固兩相流動(dòng)系統(tǒng)中，粉體性質(zhì)如粒度、粒度分布、顆粒形狀、顆粒密度、含濕量等是影響粉體力學(xué)性質(zhì)(休止角、摩擦角、壓縮性)、顆粒群聚特性和其料斗型式及管道流型的重要因素。
　　采

3、用CFD軟件FLUENT對(duì)水平管內(nèi)粉煤氣力輸運(yùn)特性進(jìn)行數(shù)值模擬，基于雙流體模型，結(jié)合顆粒動(dòng)力學(xué)與修正的顆粒靜摩擦力模型對(duì)顆粒相方程進(jìn)行封閉，考慮曳力與升力兩種相間作用力及顆粒間碰撞與摩擦力，采用修正的標(biāo)準(zhǔn)k湍流模型。
　　針對(duì)壁面處顆粒相濃度分布出現(xiàn)畸變的情況，研究了Johnson和Jackson壁面邊界參數(shù)鏡面反射系數(shù)及恢復(fù)系數(shù)對(duì)密相氣力輸運(yùn)過程顆粒相濃度分布的影響，結(jié)果表明：鏡面反射系數(shù)對(duì)壁面處顆粒相濃度分布影響較大，當(dāng)鏡面反

4、射系數(shù)為零時(shí)不會(huì)發(fā)生顆粒相濃度分布畸變現(xiàn)象。顆粒與壁面間的恢復(fù)系數(shù)對(duì)壁面處顆粒相濃度的分布影響較小。比較了Johnson和Jackson與Jenkins壁面邊界模型對(duì)顆粒相濃度分布的影響，結(jié)果表明：兩種邊界模型對(duì)顆粒相濃度的影響不明顯，只在過渡區(qū)內(nèi)有輕微的波動(dòng)。
　　其次，本文在數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)上，對(duì)水平管粉煤密相氣力輸運(yùn)過程截面渦特性進(jìn)行數(shù)值研究。模擬預(yù)測(cè)了壓降梯度變化的規(guī)律，壓降梯度隨著表觀氣速的增加呈現(xiàn)先減后增的變化趨勢(shì)

5、，得到一些有價(jià)值結(jié)論。模擬得到了氣固兩相的速度及顆粒相濃度分布，展現(xiàn)了沉積層形成與發(fā)展的漸變過程。模擬得到了同一表觀速度下管道不同截面處氣相、顆粒相的速度渦型圖，觀察到了氣相漩渦的演變過程，沿管道方向不斷增強(qiáng)的渦流加劇了壓力損失；顆粒相沿管道流動(dòng)方向或沉積或聚集的復(fù)雜流動(dòng)過程；對(duì)比不同表觀氣速同一截面處的速度流線圖，較高表觀氣速下形成的漩渦更復(fù)雜且更強(qiáng)烈，說明壓力損失更大。
　　綜上，采用本文的數(shù)學(xué)模型處理高壓密相氣力輸運(yùn)具有很好