發(fā)布時(shí)間：2020-08-05 10:26

【摘要】：煤熱解是利用煤炭成分和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行溫和轉(zhuǎn)化的過程,從而實(shí)現(xiàn)煤炭多級(jí)利用并且能夠代替油氣資源,是低階煤完成清潔轉(zhuǎn)化的最有效技術(shù)之一。煤熱解過程中涉及到熱交換系統(tǒng)和過濾系統(tǒng),對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)分布進(jìn)行分析可以減小事故率,降低生產(chǎn)成本,并且達(dá)到環(huán)保的目的。熱交換系統(tǒng)從熱流體將熱量傳遞到冷流體,該過程涉及熱傳導(dǎo)、熱輻射、對(duì)流傳熱等。熱交換系統(tǒng)流場(chǎng)均勻分布可以提高傳熱效率,而熱交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)流場(chǎng)均勻性有重要影響。然而,對(duì)于熱交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)多靠經(jīng)驗(yàn),缺乏指導(dǎo)性方法。針對(duì)這一問題,本文以現(xiàn)有熱交換系統(tǒng)中換熱器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,以換熱器流場(chǎng)出口處速度均方差最小化為優(yōu)化目標(biāo),根據(jù)模型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選定優(yōu)化參數(shù),對(duì)各參數(shù)取值建立三維模型,采用CFD數(shù)值模擬方法進(jìn)行試算,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行數(shù)值分析,以各優(yōu)化參數(shù)取值為自變量,各自均方差的數(shù)值分析結(jié)果作為因變量擬合函數(shù)曲線并且得到函數(shù)方程。利用田口法設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)得到所選參數(shù)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響權(quán)重,對(duì)函數(shù)方程進(jìn)行加權(quán)得到加權(quán)函數(shù)。最后,編寫遺傳算法程序求得加權(quán)函數(shù)方程得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。對(duì)于換熱器的研究工作有兩個(gè)原因造成其有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)性。首先,到目前為止并沒有將換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與其流場(chǎng)分布均勻性相關(guān)聯(lián)的模型或理論。其次,是由于換熱器內(nèi)部流場(chǎng)的復(fù)雜性。鑒于上述情況,本文建立了一個(gè)關(guān)聯(lián)模型,將換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)于其流場(chǎng)分布均勻性聯(lián)系起來。根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選擇優(yōu)化參數(shù),模擬了換熱器中流場(chǎng)的分布特性,并編寫程序以執(zhí)行擬合模擬結(jié)果的多項(xiàng)式函數(shù),從而獲得擬合曲線和擬合方程。定性結(jié)合定量分析得出:最優(yōu)方案結(jié)果使得換熱器出口處速度均方差減小了36%。對(duì)煤熱解熱交換系統(tǒng)中熱解器進(jìn)行流場(chǎng)分析,并且對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行了仿真計(jì)算驗(yàn)證方案的可行性。研究結(jié)果表明:加均風(fēng)板對(duì)提高熱解器出口處速度均勻性有著積極的作用,而改變均風(fēng)板位置、均風(fēng)板上開孔直徑以及均風(fēng)板上開孔數(shù)量對(duì)熱解器出口處速度均勻性并無影響。煤熱解過程中由于煤燃燒不充分,熱解氣中會(huì)摻雜著粉煤,過濾系統(tǒng)便是用來將煤炭顆粒過濾并處理掉,收集到不含煤炭顆粒的煤熱解氣體。過濾系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)包括兩種工作狀態(tài),一個(gè)是過濾狀態(tài),另一個(gè)是反吹狀態(tài),這兩種狀態(tài)組成了完整的過濾系統(tǒng)過濾清灰工作過程。過濾系統(tǒng)過濾效率不僅與濾料本身性能有關(guān),還與.其內(nèi)部流場(chǎng)相關(guān)。過濾系統(tǒng)在過濾狀態(tài)下內(nèi)部流場(chǎng)是復(fù)雜的三維流場(chǎng),通過計(jì)算我們無法得知流場(chǎng)分布的均勻性。反吹狀態(tài)下,反吹氣體壓力越大成本越高,并且還可能造成清灰過度,清灰過度會(huì)破壞粉塵初層,降低過濾效率。因此,本文采用CFD Fluent軟件,選擇k-ε模型,采用多孔介質(zhì)模型對(duì)實(shí)際工況進(jìn)行簡化,設(shè)置邊界條件為壓力入口和壓力出口,模擬了反吹狀態(tài)的流場(chǎng)分布特征,得到過濾系統(tǒng)過濾狀態(tài)下流場(chǎng)跡線圖,并且利用Techplot后處理軟件對(duì)計(jì)算模型切片取點(diǎn),對(duì)數(shù)值進(jìn)行處理分析,為其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。同樣對(duì)反吹狀態(tài)下過濾系統(tǒng)模型流場(chǎng)分布進(jìn)行仿真計(jì)算,驗(yàn)證在原給定高壓反吹氣體壓力的基礎(chǔ).上減小反吹氣體壓力是否能夠有效清灰。研究結(jié)果表明:改變單一優(yōu)化參數(shù)對(duì)于過濾器下腔濾管區(qū)域流場(chǎng)分布均勻性都有影響。但是將兩個(gè)優(yōu)化參數(shù)下最優(yōu)的結(jié)果組合建立模型,所得均方差值卻大于分別改進(jìn)單一某參數(shù)的均方差值。兩優(yōu)化參數(shù)間相互作用,從而對(duì)流場(chǎng)分布起作用。能夠保證清灰效率的前提下,減小反吹氣體壓力到0.3Mpa既能夠防止清灰過度,又能夠節(jié)約成本。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ530.2
【圖文】：

1 緒論1 緒論1.1 研究背景及意義在過去的幾十年以來，石油和煤炭等傳統(tǒng)能源價(jià)格直線上漲，然而這些化石燃料在燃燒時(shí)對(duì)環(huán)境的污染十分嚴(yán)重，對(duì)能源的開發(fā)利用，以及對(duì)環(huán)境的保護(hù)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的兩大主題，并且已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心問題[1]。能源的合理利用將會(huì)大幅促進(jìn)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。另一方面，節(jié)能減排是國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的必要條件，也是對(duì)能源和環(huán)境問題重視的具體表現(xiàn)[2]。作為潔凈煤凈化技術(shù)關(guān)鍵部分的煤氣化技術(shù)，煤氣化技術(shù)同時(shí)也作為煤炭資源分級(jí)利用的重要手段[3]。

圖 2-1 CFD 求解流程圖Fig.2-1 CFD Solution Flow Chart方法析模型有兩種：歐拉-拉格朗日模型和歐拉是將流體質(zhì)點(diǎn)作為研究對(duì)象，在歐拉-拉格和時(shí)間變化的，換句話說，流體質(zhì)點(diǎn)上的物朗日坐標(biāo)系來表示。模型中的描述坐標(biāo)為（u、v、w），故用此量，該物理量可以寫成一個(gè)四維函數(shù)其中質(zhì)點(diǎn)的某個(gè)物理量 f1的表達(dá)式為： 1 1f f u , v , w, T日坐標(biāo)系來描述流體質(zhì)點(diǎn)上的矢徑 l1為 1 1l l u , v , w, T

.1 換熱器流場(chǎng)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)于換熱器結(jié)構(gòu)的研究主要以此思路進(jìn)行優(yōu)化。首先，確定優(yōu)化參數(shù)并通過試驗(yàn)驗(yàn)后，對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行數(shù)值分析，得到各優(yōu)化參數(shù)變量下的擬合函數(shù)；之后，設(shè)計(jì)正交，對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用直觀分析法獲得權(quán)重，利用權(quán)重對(duì)所得的擬合函數(shù)進(jìn)行加權(quán)得權(quán)函數(shù)式，在 Matlab 中用遺傳算法進(jìn)行編程對(duì)多變量函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，最后對(duì)所得最案進(jìn)行仿真驗(yàn)證。1.1 優(yōu)化參數(shù)的選取本文基于現(xiàn)有設(shè)計(jì)的換熱器進(jìn)行流場(chǎng)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，換熱器有兩個(gè)流體域，這為內(nèi)圈和外圈。高溫氣體從直徑為 2600 毫米的入風(fēng)口進(jìn)入，在直徑為 968 毫米的導(dǎo)處進(jìn)行一次二次分配，分別進(jìn)入內(nèi)圈流場(chǎng)和外圈流場(chǎng)。內(nèi)圈流場(chǎng)中間設(shè)置折流板，厚 6 毫米，折流板上開有兩個(gè)直徑為 250 毫米和三個(gè)直徑為 150 毫米的圓孔，內(nèi)圈下部 44 根直徑為 86 毫米的小管。外圈流場(chǎng)接直徑為 420 毫米的分流管，分流管下端接高0 毫米，內(nèi)弧半徑為 1300 毫米，外弧半徑為 2290 毫米的風(fēng)腔。氣體通過分流管進(jìn)入然后再通過 88 根直徑為 86 毫米的小管流出。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陶大勇;曲峰;張馳;;油漿過濾系統(tǒng)用于重油催化裂化裝置[J];設(shè)備管理與維修;2016年S1期

2 ;資訊[J];時(shí)尚育兒;2017年09期

3 李明;;購買觀賞魚要“望”、“聞”、“問”、“切”[J];開心老年;2014年01期

4 裴亮;梁晶;周

本文編號(hào)：2781417