《流態化下生物質顆粒流動、熱解實驗及多尺度模擬研究》是依託東南大學，由仲兆平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：流態化下生物質顆粒流動、熱解實驗及多尺度模擬研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：仲兆平
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目對流態化下的生物質顆粒流動及熱解過程進行實驗及多尺度模擬研究。利用非線性分析及模糊聚類理論對流化床中生物質與石英砂混合而成的雙組份顆粒流型進行智慧型分類，並對雙組份流化床中不同流型下的壓力及空隙率分布進行實驗測量分析；通過材料物性測量實驗及理論推導對傳統的離散元方法進行改進，使之能夠滿足雙組份異質顆粒之間碰撞受力的計算需要，並將改進後的離散元方法與傳統的計算流體力學方法和浸沒邊界法分別耦合，對雙組份顆粒的流動在介觀尺度和微尺度上進行模擬，模擬結果與實驗結果進行對比分析；藉助於先進的儀器分析技術及管式爐實驗，在以往研究基礎上，對生物質三組分熱解模型進行改進, 將改進後的熱解模型與離散元方法相耦合，建立流態化下描述生物質熱解過程的數學模型, 預測不同實驗工況下氣相和液相產物的主要成分,並與流化床熱解實驗結果進行對比，完善數學模型。
結題摘要
流化床內生物質快速熱解是生物質能利用領域的研究熱點。生物質流化床熱解過程中氣固兩相流動，傳熱傳質過程和熱解反應都極其複雜，本項目建立經驗模態-遞歸分析(EMD-RA)信號分析方法，研究生物質流動與單組份流動的中高頻信號遞歸特徵；對流態化下的生物質顆粒流動及熱解過程進行實驗及多尺度模擬研究；改進傳統離散元方法（DEM），並分別耦合傳統計算流體力學方法（CFD）和浸沒邊界（IB）法對流化床雙組份顆粒的流動實現介觀尺度和微尺度模擬；進行了生物質熱解熱性的研究；還進行了在流化條件下生物質快速熱解CFD模擬研究。 在本項目通過EMD-RA分析法，發現代表顆粒行為的高頻信號遞歸圖呈現相似的結構。建立的多尺度異形顆粒混合流動模型中，在低床層高度時，氣體受布風板射流作用影響明顯；在中等床層高度垂直方向氣速隨著與壁面距離減小而減小；在高床層高度時，床中心區域垂直方向氣速很低，垂直氣速從中心到壁面呈現先增大後減小的趨勢。在搭建的可視化-透紅外流化床實驗台中研究發現，在常溫空氣的冷卻作用下，流化床內顆粒冷卻速度隨表觀氣速的增大而有所增加，不同表觀氣速下顆粒的冷卻速度差異主要表現在進風后5s的時間內。在生物質熱解特性研究中，發現生物質與高密度聚乙烯共催化熱解時，500-600°C時可獲得最高的芳香烴相對含量。在流化條件下開展生物質快速熱解的CFD模擬研究，熱解溫度對熱解產物的產率影響最為顯著，隨著熱解溫度的升高，熱解油產率先增加後逐步減少並在600℃的溫度工況條件下達最大值，熱解氣的產率則先減少後增加，而熱解炭的產率則呈波動趨勢，變化較小。
