【摘要】：煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位,同時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)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。采用CFD軟件FLUENT對水平管內(nèi)粉煤氣力輸運特性進(jìn)行數(shù)值模擬,基于雙流體模型,結(jié)合顆粒動力學(xué)與修正的顆粒靜摩擦力模型對顆粒相方程進(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)對密相氣力輸運過程顆粒相濃度分布的影響,結(jié)果表明:鏡面反射系數(shù)對壁面處顆粒相濃度分布影響較大,當(dāng)鏡面反射系數(shù)為零時不會發(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壁面邊界模型對顆粒相濃度分布的影響,結(jié)果表明:兩種邊界模型對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。其次,本文在數(shù)學(xué)模型試驗驗證基礎(chǔ)上,對水平管粉煤密相氣力輸運過程截面渦特性進(jìn)行數(shù)值研究。模擬預(yù)測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,得到一些有價值結(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的渦流加劇了壓力損失;顆粒相沿管道流動方向或沉積或聚集的復(fù)雜流動過程;對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具有很好的適用性,為高壓密相氣力輸運的設(shè)計和優(yōu)化提供有價值的參考,今后工作將把捕捉周期性變化的沙丘及其運動機理作為研究的方向。
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O35

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本文編號：2536410