基于離散顆粒單元法提出氣相和顆粒相控制方程,結合化學反應動力學方法建立生物質氣化模型,通過模擬空間液滴在濕空氣中的蒸發(fā)過程驗證了模型的可靠性,數(shù)值模擬流化床內(nèi)生物質氣化過程。模擬結果給出生物質顆粒在反應器內(nèi)的流動特性與反應特性瞬時分布情況,床層內(nèi)氣泡周期性地產(chǎn)生、上浮最終破裂,進入反應器內(nèi)的生物質隨著床料顆粒一同周期性上浮和下沉,最終與床料充分摻混,并且均勻分布于床料中。燃料顆粒進入反應器后會迅速熱解析出揮發(fā)分,并由氣流從頂部出口帶出。模擬給出氣體產(chǎn)物質量分數(shù)瞬時分布,CH₄、CO、CO₂、H₂這4種產(chǎn)物質量分數(shù)分布基本一致,都是集中分布于左壁面,CO和CO₂的占比稍高;N₂和O₂的分布與前4種分布規(guī)律正好相反;H₂O的分布則稍有不同,在進料口附近的濃度梯度較小。 

【文章來源】：中國電機工程學報. 2019,39(17)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

液滴溫度變化情況0s294.91294.9315s5s10s

憬峁?[21]。將液滴假定懸于計算域中心，周圍環(huán)境為濕空氣。30℃的濕空氣從計算域側面以0.35g/s的質量流量送入。將空氣的相對濕度值作為控制變量，運算出不同工況下液滴的恒定溫度，并將實驗模擬結果與理論值對比。圖1展示固定于開放計算域中心的懸浮液滴溫度隨時間的變化。0s溫度/K294.91294.93294.9515s5s10s圖1液滴溫度變化情況Fig.1Liquiddropletcoloredbytemperature調節(jié)空氣濕度值，對不同工況進行模擬。得到液滴相應的穩(wěn)態(tài)蒸發(fā)溫度，將實驗模結果與理論值比較，如圖2所示�？梢杂^察出空氣相對濕度50%以上的工況，模擬結果數(shù)值與理論值吻合度非常高，50%以下的工況模擬結果則存在一定的誤差允許范圍內(nèi)的數(shù)值差異。溫度/℃1520相對濕度/%020406080100103025模擬值理論值質量流量0.35g/sTg30℃圖2不同相對濕度下液滴蒸發(fā)溫度理論值與模擬值對比Fig.2Comparisonoftheoreticalresultsandsimulationresultsofliquiddropletunderdifferentrelativehumidity2.2生物質氣化過程驗證圖3給出了Oevermann等[22]實驗工況對生物質氣化過程模擬研究，Oevermann等采用DEM方法的出口處氣體組分以及不同高度下時均溫度模擬出口處氣體產(chǎn)物摩爾濃度0.000.150.200.25氣體組分(a)氣體組分COH20.100.05

第17期陳巨輝等：基于離散顆粒單元法的流化床生物質氣化過程研究5133時均溫度/K06008001000400200反應器高度h/m(b)時均溫度0.50.90.7圖3生物質氣化過程模擬結果與實驗數(shù)據(jù)對比Fig.3Comparisonofsimulationresultsandexperimentaldataofbiomassgasificationprocess結果，與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。圖中同樣給出了本文采用DEM方法的模擬結果，與Oevermann等人的模擬結果基本一致，驗證了所建模型在模擬生物質氣化方面的準確性。3模擬結果與討論3.1生物質單顆粒氣化反應特性圖4表示氣化反應生成物氣體組分質量分數(shù)的瞬時分布情況，時間選取為反應開始的0.16s。在鼓泡流化床的氣化器中未加入床料，只懸置2個參數(shù)相同的生物質顆粒。氣化介質為空氣與水蒸氣的混合物，溫度為400℃，從反應器底部通入�？梢钥碈H4CO2COO20.0000.0620.0500.0400.0300.0200.0100.000.130.100.080.060.040.020.000.300.250.200.150.100.050.000.200.150.100.05H2N2H2O0.00.40.30.20.10.01.00.80.60.40.20.00000.00770.00600.00400.00300.00200.00100.00500.0070圖4第0.16s時刻氣體組分質量分數(shù)瞬時分布Fig.4Instantaneousdistributionofgasspeciesmassfractionat0.16s出，因為熱解反應的反應速率很大程度上大于氣化介質的擴散速率，所以此時高溫氣化介質還未擴散至與生物質燃料接觸，顆粒周圍所釋放大量氣體是熱解反應的產(chǎn)物。甲烷、二氧化碳、一氧化碳和氫氣這4種氣化產(chǎn)物的質量分數(shù)分布趨勢基本一致，2顆生物質熱解析出的揮發(fā)分隨氣流向

【參考文獻】：
期刊論文
[1]噴動流化床傳熱特性的CFD-DEM模擬[J]. 卜昌盛,王昕曄,張居兵,樸桂林.  動力工程學報. 2017(11)
[2]生物質氣化技術研究進展[J]. 關海濱,張衛(wèi)杰,范曉旭,趙保峰,孫榮峰,姜建國,董紅海,薛旭方.  山東科學. 2017(04)
[3]氣泡修正多尺度曳力模型的鼓泡流化床生物質氣化分析[J]. 陳巨輝,殷維杰,王帥,于廣濱,胡汀,林楓.  化工進展. 2017(04)
[4]生物質氣化技術研究進展[J]. 湯穎,曹輝.  生物加工過程. 2017(01)
[5]細長顆粒與流場雙向耦合的氣固兩相流數(shù)值模擬研究[J]. 蔡杰,袁竹林,趙孝保.  中國電機工程學報. 2016(21)
[6]基于DEM模擬氣固循環(huán)流化床提升管內(nèi)顆粒聚團特性[J]. 吳迎亞,彭麗,和寧寧,高金森,藍興英.  化工學報. 2016(08)
[7]CFD-DEM模型并行化及其在流化床氣固流動中的應用[J]. 楊春振,陳成敏,劉光霞,段鈺鋒.  化工學報. 2016(07)
[8]基于DEM模擬氣固鼓泡床中顆粒碰撞參數(shù)對流場間歇性的影響[J]. 彭麗,吳迎亞,李佳瑤,高金森,藍興英.  化工學報. 2015(06)
[9]提升管內(nèi)濕顆粒流動特性的離散元模擬[J]. 朱衛(wèi)兵,李錦時,王猛,孫巧群.  中國電機工程學報. 2013(35)

碩士論文
[1]流化床內(nèi)燃料/床料多顆粒組分的流動反應耦合過程數(shù)值模擬研究[D]. 殷維杰.哈爾濱理工大學 2018



本文編號：3574959