《移動床氣固反應器多相耦合熱質傳遞機制研究》是依託北京科技大學，由劉訓良擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：移動床氣固反應器多相耦合熱質傳遞機制研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：劉訓良
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
移動床氣固反應器是化工、能源以及冶金等工業領域廣泛套用的反應裝置，內部存在複雜的多相流動耦合熱質傳遞過程。本項目旨在探索其多相耦合傳遞機理，擬採用非線性彈性接觸本構，構建基於顆粒接觸力學理論的離散單元法（DEM）軟球模型，並與計算流體力學分析方法相結合，改進曳力模型用於描述氣固相間作用，採用單元中顆粒源項法處理氣固相間雙向耦合，考慮移動床內化學反應的影響,構建描述移動床氣固反應器濃相氣固多相流及其傳熱傳質過程的DEM-CFD耦合數學模型，發展相應算法以提高計算效率，並結合冷態和熱態實驗驗證和完善模型。利用模型研究典型移動床氣固反應器內氣固相運動規律、耦合傳遞機制、傳熱傳質特性以及工藝操作參數的影響規律。本項目的研究對於發展複雜多相流耦合熱質傳遞過程模擬的先進數值方法，提高對移動床氣固反應器複雜工藝過程機理的認識水平，具有重要的學術意義和套用價值。
結題摘要
移動床氣固反應器是化工、能源以及冶金等工業領域廣泛套用的反應裝置，內部存在複雜的多相流動耦合熱質傳遞過程。本項目通過構建數理模型並結合冷態和熱態試驗，在移動床氣固反應器中多相流動規律和傳熱傳質特性研究方面取得若干進展，主要包括：(1) 針對COREX熔融氣化爐移動床的爐料運動過程，基於軟球模型及離散單元法（DEM）進行數值模擬並結合冷態實驗研究，獲得了顆粒流的時間線、速度分布及死料柱的幾何特徵，揭示了熔融氣化爐移動床內爐料顆粒的運動規律；(2) 通過熱重實驗研究證實了燒結礦作為化學鏈反應載氧體的可行性及其循環性能，獲得了描述載氧體顆粒氧化還原過程的未反應收縮核模型（USCM）的無量綱積分表達式，通過移動床反應器熱態試驗和數值模擬，研究了反應溫度、顆粒粒徑以及氣固比對反應特性的影響規律，為化學鏈移動床反應器的設計提供依據；(3) 基於分散式活化能模型（DAEM）和傳熱模型建立了大顆粒煤熱解過程傳熱傳質耦合數學模型，研究了大顆粒煤熱解過程揮發分各組分的析出規律以及煤顆粒尺寸、升溫速率對熱解過程的影響，結合煤熱解動力學模型和氣固換熱模型建立了內熱式移動床反應器內煤熱解過程綜合數學模型，重點研究了熱載氣體流量和床層高度對煤熱解過程的影響規律，為魯奇三段爐最佳化煤熱解工藝提供理論指導。本項目的研究對於發展移動床氣固反應器數值模擬方法，認識反應器內複雜工藝過程的機理，提高移動床反應器設計水平，具有重要的學術意義和套用價值。
