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CO气体燃料化学链系统的数值模拟

【摘要】:化学链燃烧技术是一种新型的无火焰燃烧方式,在提高燃烧效率和控制污染物排放等方面提供了较好的技术方案,在当下众多的燃烧方式中扮演着重要角色,化学链系统的工作原理是将传统的直接燃烧过程分成两部分进行,首先通过循环流动的载氧体介质单独与空气中的载氧体发生氧化反应,吸收空气中的氧气生成载氧状态的载氧体颗粒后与固体或气体燃料发生还原反应释放热量,进而完成燃烧过程。本文通过数值模拟方法对化学链燃烧过程展开研究。化学链燃烧系统主要包括空气反应器与燃料反应器两个部分,在空气反应器内进行氧化反应;在燃料反应器内,被氧化的载氧体与燃料发生还原反应释放热量完成燃烧。因此本文将分别选择空气反应器、燃料反应器和化学链整床三个部分作为模拟对象进行模拟分析,其中包括:对空气反应器内流化过程进行模拟、对燃料反应器内的鼓泡流态和燃烧过程进行模拟、对反应器整床的流动过程进行模拟。模拟采用“欧拉-拉格朗日”方法,基于DDPM(稠密离散相)模型进行模拟研究,燃料选择为气体燃料CO,载氧体选择为Fe_2O_3,对反应器内不同时刻的具体流动及反应状态进行分析,主要包括:分析基于DDPM模型不同速度下的空气反应器内颗粒流动特性,分析不同位置处的浓度分布、速度分布、压力分布模拟结果;燃料反应器内的不同位置处的浓度分布、速度分布、拟颗粒温度分布、压力分布和燃烧反应的气体产物组分分布情况;化学链系统整床流动过程的体积分数分布、速度分布、湍流粘度分布和压力分布情况。分析模拟结果可知,DDPM模型考虑了颗粒相间的体积作用,其结果更能准确地反应出颗粒相的真实运动状态,为接下来的模型改进工作提供了一定的理论指导。

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