【摘要】：生物質(zhì)來源廣泛,總量十分可觀,且可再生,并與環(huán)境友好,具有十分廣闊的應(yīng)用前景。生物質(zhì)的利用方式多種多樣,其中最受關(guān)注的技術(shù)之一是熱解液化。流化床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、調(diào)控方便和傳熱傳質(zhì)效率高等優(yōu)點(diǎn),常被用作生物質(zhì)熱解反應(yīng)器制備生物油。流化床布風(fēng)系統(tǒng)的布風(fēng)效果是影響生物質(zhì)熱解的主要因素之一,布風(fēng)效果好則可強(qiáng)化生物質(zhì)顆粒流化、提高熱解反應(yīng)效率和提升生物油品質(zhì)。流化床布風(fēng)系統(tǒng)的布風(fēng)均勻性不僅與布風(fēng)板結(jié)構(gòu)有關(guān),而且還受到布風(fēng)板前流場(chǎng)狀態(tài)的影響。為防止床料落入風(fēng)機(jī),通常采用側(cè)向進(jìn)風(fēng),但這樣做又會(huì)導(dǎo)致氣流偏斜。本文從側(cè)向進(jìn)風(fēng)引起氣流偏斜這一問題入手,對(duì)流化床生物質(zhì)熱解反應(yīng)器布風(fēng)系統(tǒng)開展深入研究,利用數(shù)值模擬分析影響氣流偏斜和附壁的主要因素,并有針對(duì)性地對(duì)生物質(zhì)熱解流化床的布風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。本文主要在以下方面開展了研究:1、氣流偏斜影響因素的分析側(cè)向進(jìn)風(fēng)是導(dǎo)致氣流偏斜的直接原因。對(duì)比初始結(jié)構(gòu)模型,在保持原有豎直方向存在擴(kuò)散管的情況下,通過適當(dāng)增大送風(fēng)管內(nèi)徑,又在水平方向設(shè)置一個(gè)擴(kuò)散管,使風(fēng)機(jī)通入的高速氣流能夠充分預(yù)擴(kuò)散,從而降低風(fēng)室內(nèi)部氣流速度分布的不均勻性;僅僅采取增大送風(fēng)管內(nèi)徑的措施,對(duì)減小氣流偏斜作用不大,但為進(jìn)一步優(yōu)化送風(fēng)管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)留了一定的空間。從右側(cè)流入豎直送風(fēng)管的氣流,容易形成向左偏的射流;該射流進(jìn)入豎直擴(kuò)散管時(shí)由于更偏向左側(cè)管壁,從左側(cè)無法卷吸足夠的空氣,而從右側(cè)卷吸大量空氣形成較大的回流,致使射流加快向左側(cè)壁面偏移而產(chǎn)生附壁效應(yīng)。氣流在風(fēng)室內(nèi)上升時(shí),嚴(yán)重偏向左壁,不利于布風(fēng)板布風(fēng),從而影響床體內(nèi)的流場(chǎng)特性和傳熱傳質(zhì)效果。2、整流管結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)特性影響的研究當(dāng)從右側(cè)通入的氣流轉(zhuǎn)向流入豎直送風(fēng)管時(shí),存在向左的分速度。在豎直送風(fēng)管內(nèi)設(shè)置小內(nèi)徑的整流管,迫使靠近壁面的氣流轉(zhuǎn)向,減小左向的分速度,同時(shí)增大右向的分速度,從而減輕氣流偏斜。為避免出現(xiàn)附壁效應(yīng),整流管出口處不與擴(kuò)散管直接連接。相比于其它改進(jìn)模型,整流管長(zhǎng)50 mm的M1模型存在明顯的氣流偏斜,但相較于初始模型,氣流不再附壁。相比于整流管長(zhǎng)150 mm的M3模型,采用二級(jí)整流管結(jié)構(gòu)的Mts模型能夠獲得較好的氣流分布特性,氣流速度的峰值較低、偏斜較小、擴(kuò)散較快、均勻性較好。繼續(xù)增大整流管出口段的管道長(zhǎng)度,會(huì)導(dǎo)致氣流偏斜程度加大,不利于風(fēng)室內(nèi)流場(chǎng)的穩(wěn)定。3、送風(fēng)管和整流管內(nèi)徑對(duì)改善流場(chǎng)特性的研究豎直送風(fēng)管和整流管的尺寸都會(huì)對(duì)整流效果產(chǎn)生影響。豎直送風(fēng)管內(nèi)徑越大,氣流進(jìn)入風(fēng)室前就越容易擴(kuò)散,平均氣流速度則越小,但送風(fēng)管所占空間也越大;而要使進(jìn)氣氣流充分?jǐn)U散,還需要加長(zhǎng)水平方向上的擴(kuò)散管;而豎直送風(fēng)管內(nèi)徑越小,氣流進(jìn)入風(fēng)室前就越不容易擴(kuò)散,氣流平均速度越大。整流管的尺寸越大,則出口射流速度越小,但偏斜越大;整流管尺寸越小,則偏斜越小,但出口射流速度越大。當(dāng)整流管內(nèi)徑為送風(fēng)管內(nèi)徑的1/2時(shí),整流效果總體最好,兼有大內(nèi)徑和小內(nèi)徑的優(yōu)點(diǎn)。其中,送風(fēng)管內(nèi)徑為80 mm、整流管內(nèi)徑為40 mm的M80-40模型對(duì)于改善流場(chǎng)特性的效果最好。利用M80-40模型改進(jìn)原有裝置,對(duì)帶有布風(fēng)板的流化床流場(chǎng)特性進(jìn)行模擬研究,發(fā)現(xiàn)能夠明顯改善床體內(nèi)的流場(chǎng)特性。
【圖文】：

Ｆｉｇ．２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ邋ｂｅｄ逡逑２．２．２流化床物理模型逡逑由圖２．１可知，在流化床熱解反應(yīng)器中，風(fēng)機(jī)從右側(cè)通入的高速氣流由水平逡逑送風(fēng)管轉(zhuǎn)向豎直送風(fēng)管時(shí)，在慣性作用下向左側(cè)壁面嚴(yán)重偏斜。為減小甚至消除逡逑氣流偏斜，改善流場(chǎng)均勻性，通過數(shù)值模擬對(duì)反應(yīng)器布風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。床逡逑體內(nèi)徑一定時(shí)，，進(jìn)風(fēng)管內(nèi)徑越小，可調(diào)節(jié)進(jìn)氣氣流速度范圍越大，但內(nèi)徑過小易逡逑形成射流，上行時(shí)緊貼左壁，不利于氣流均勻擴(kuò)散。氣流由水平轉(zhuǎn)向豎直后向左逡逑側(cè)偏斜，軸向氣流速度呈左高右低分布［５９】。豎直管道足夠長(zhǎng)時(shí)，氣流經(jīng)充分發(fā)展逡逑能以均勻向上的速度進(jìn)入風(fēng)室，但會(huì)造成空間浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)性較差。適當(dāng)增大送風(fēng)逡逑管內(nèi)徑，由此在水平送風(fēng)管前設(shè)置一個(gè)擴(kuò)散管，既能保證較大的氣流速度調(diào)節(jié)范逡逑圍

利用ＩＣＥＭ軟件對(duì)模型進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，導(dǎo)入商用軟件ＡＮＳＹＳ邋Ｈｕｅｎｔ逡逑進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，采用室溫條件下基于壓力的非穩(wěn)態(tài)三維數(shù)值模擬。流化氣體逡逑為空氣，密度為１．２２５邋ｋｇ／ｍ３。圖２．２所示三維結(jié)構(gòu)模型縱截面，平行于當(dāng)前視圖，逡逑右側(cè)進(jìn)風(fēng)導(dǎo)致氣流偏向左側(cè)壁面；相較而言，垂直于當(dāng)前視圖的縱截面上的氣流逡逑分布基本對(duì)稱，流場(chǎng)均勻性更好。因此，本文針對(duì)上圖２．２所示縱截面的流場(chǎng)狀逡逑況進(jìn)行分析。逡逑進(jìn)口選用速度進(jìn)口，氣流速度為１５．０ｍ／ｓ，出口選用壓力出口，近壁處采用逡逑標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，湍流模型懫用標(biāo)準(zhǔn)／ｔ－ｅ模型。逡逑揣流動(dòng)能方程灸：逡逑—（ｐＫ：）邋＋邋—邋（ｐｓ：ｕｌ）＾—邋／／邋＋邋—邋—邋＋Ｇｋ＋Ｇｈ－ｐｓ－ＹＭ邋＋Ｓｋ邐（１）逡逑Ｏｔ邐ＯＸ，邐ＯＸ－邐ｃｒ，．邐ｏｘ，逡逑１邐Ｊ邐［＿邋Ｖ邐Ｋ邐ｙ邋Ｊ邋＿逡逑擴(kuò)散方程逡逑ｆ（ｗ）＋最一，）＝是卜鴦兄⑵逡逑上式中
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK229.66;TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2659817