《湍流-生物質顆粒反應相互作用的理論模型研究與套用》是依託清華大學，由張健擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：湍流-生物質顆粒反應相互作用的理論模型研究與套用
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張健
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物質能是一種可再生能源，充分利用生物質能源可以緩解經濟成長對化石能源需求的依賴程度。將生物質顆粒與煤粉混合燃燒是通過直接燃燒利用生物質能的一種有效方式，對煤粉爐的CO2減排和降低NOx與SO2的排放也可起到較大的作用。建立生物質與煤粉混燒的湍流多相流動與燃燒理論模型對於此項技術的發展和套用具有重要的意義。在生物質與煤粉混燒的工程燃燒反應裝置內，生物質顆粒始終處在有湍流脈動的氣相流場與溫度場中。為了合理準確地對生物質與煤粉的混合燃燒過程進行模擬預報，本項目擬建立湍流-生物質顆粒反應相互作用的顆粒隨機軌道模型，並發展綜合考慮湍流-生物質顆粒反應-顆粒碰撞相互作用的生物質與煤粉混燒的湍流多相燃燒理論模型。利用本項目建立的理論模型可實現對各類工程燃燒裝置內生物質與煤粉混合燃燒的較為準確合理的定量計算與預報，為發展高效低污染的生物質與煤粉混合燃燒技術提供理論依據和指導。
結題摘要
生物質能是一種可再生能源，將生物質與煤粉混合燃燒是利用生物質能的一種有效方式。發展生物質與煤粉混合燃燒的湍流多相燃燒理論模型，對於生物質與煤粉混合燃燒技術的發展與套用有重要的意義。本項目對在有溫度脈動的熱氣流中粒徑為100~300μm的生物質顆粒的瞬時溫度變化、瞬時熱解和瞬時焦炭反應過程進行了分析與計算，揭示了湍流與生物質顆粒反應之間的相互作用。在此基礎上，提出並建立了湍流-生物質顆粒反應相互作用的顆粒隨機軌道模型，發展了在湍流渦團內隨機選取氣相脈動溫度的方法。將湍流-生物質顆粒反應相互作用的顆粒隨機軌道模型分別套用於旋流燃燒室內麥稈顆粒燃燒以及麥稈顆粒與煤粉混合燃燒的數值模擬。考慮與不考慮湍流-顆粒反應相互作用的模擬結果相比，不同工況下的氣相組分濃度、溫度與溫度脈動均方根值和顆粒相溫度分布在燃燒室前部均有較明顯的差異，前者得到的氧氣、二氧化碳和水蒸汽體積分數分布與實驗更接近。本項目還建立了湍流多相燃燒的熱態實驗裝置系統，套用三維雷射粒子動態分析儀（PDA），對旋流燃燒室內以煤粉顆粒為燃料的湍流多相燃燒的兩相瞬時速度場進行了實驗測量，並測量了湍流多相燃燒的氣相溫度場和組分濃度場。得到了氣固兩相平均速度和脈動速度均方根值分布、顆粒相平均速度和脈動速度均方根值分布以及氣相溫度與組分濃度分布。實驗中利用一次風與二次風射流之間的相互作用，發現並獲得了一種新的流場回流區結構。該回流區較大地增強了火焰的穩定性，並可極大地強化混合與燃燒。
