气流床煤气化炉壁面反应模型

建立了气流床煤气化炉煤灰渣颗粒沉积和壁面反应模型,相应完善了渣层流动、传热传质和相变模型,发展了数值模拟方法,并以国内某型两段式干煤粉加压气流床煤气化中试炉为对象进行了模拟。利用建立的模型可以得到壁面反应速率、渣层含碳量、固态渣层厚度、液态渣层厚度、渣层平均温度和液态渣层平均速度等。结果表明:氧煤比升高,渣层平均温度升高,固态渣层厚度、液态渣层厚度和气化炉出口灰渣含碳量降低。计算得到的灰渣含碳量在14%左右,整体碳转化率为95.2%左右,与实际值相近。通过模拟发现壁面反应对于所分析气化炉的碳转化率、排渣含碳量、壁面渣层流动和温度状态具有重要影响,进而影响气化炉的安全稳定运行。

壁面反应对微小空间内甲烷/空气着火特性的影响

通过对微小空间内甲烷/空气预混气着火过程的数值模拟,考察了壁面反应对着火特性的影响,并对主要基元反应进行了敏感性分析.结果表明,壁面反应对甲烷/空气预混气的着火有抑制作用,并主要取决于壁面对CH3自由基的吸附能力;提高初始温度、初始压力以及化学当量比能有效减少壁面反应的影响,缩短着火延迟时间;壁面吸附系数和比表面积的乘积可以表征壁面反应的强度,这个量越大,壁面反应对着火的抑制作用越显著.

等温壁面条件壁面反应对微小通道内H_2/空气预混火焰的影响

为了考察等温壁面条件下壁面反应对微通道内氢气/空气预混火焰的影响,该文建立了考虑火焰中活性自由基与壁面相互作用的二维数值模拟程序。计算程序中气相燃烧采用氢气详细化学反应动力学机理,壁面反应采用改进的氢气壁面反应机理,改进的壁面反应机理包括5个吸附反应和7个解附反应。计算结果表明:等温壁面时,壁面反应会大量消耗壁面附近的H、O及OH等活性自由基,导致贴近壁面处燃烧反应减弱,靠近壁面处放热量减少甚至消失,进而使火焰总的热量释放率减少,火焰温度及传播速度降低,火焰拉伸减弱。随着壁面温度的升高,壁面反应作用越显著。考虑壁面反应时,壁面H自由基的覆盖度最大,对壁面反应影响最大。

壁面反应对微小通道内燃烧影响的数值模拟

对微小通道内氢气/空气预混火焰进行了数值模拟。通过对比考虑壁面反应和不考虑壁面反应的微通道内燃烧特性的差异,考察了壁面反应对微通道内燃烧状况的影响,揭示了壁面附近自由基行为和壁面反应、气相反应的相互关系,并探讨了不同尺度下壁面反应效应的程度。结果表明,壁面反应改变了微火焰结构,近壁面附近的自由基被吸附,在径向上出现了明显的指向壁面的扩散流,使得气相中的自由基浓度降低,以H基尤为显著。壁面反应不但能够引起着火延迟,还能引起熄火点提前,从而降低了微火焰稳燃极限。在更小的燃烧尺度下,壁面反应降低微火焰可燃极限范围将更加明显。

壁面反应对微小通道内火焰影响的数值研究

本研究对微小通道内氢气/空气预混火焰进行了数值模拟。考察了微小通道内贴壁处壁面反应对微小通道内火焰燃烧特性的影响,在此基础上考察了不同微小尺度下壁面反应作用的程度。研究结果表明:微小通道贴壁处壁面反应能够抑制通道内的气相燃烧反应,其中H自由基是参与壁面反应最重要的自由基。当微小通道壁面间距为3 mm时,壁面反应的作用不太明显,但当壁面间距减少到0.4 mm时,壁面反应的作用已经不可忽视,此时必须要考虑到壁面反应的影响。

湿工况下带翼翅片管传热传质特性的数值研究

采用壁面反应原理建立冷凝传热模型,模拟研究平直翅片管、矩形翼翅片管以及弓形翼翅片管的通道内湿空气流动及传热传质特性。结果表明:当湿空气入口温度为328 K,水蒸气质量分数为11.2%时,矩形翼翅片管和弓形翼翅片管的传热因子相比于平直翅片管分别提高了24.9%—35.7%、26.7%—36.4%,传质因子分别提高了24.1%—35.4%、25.9%—38.3%,但矩形翼翅片管和弓形翼翅片管通道内工质的流动阻力系数分别增加了19.4%—25.3%、16.8%—22.9%,说明了矩形翼和弓形翼均可提高翅片管的传热传质特性,但也造成了阻力损失的增加。通过对综合传热性能评价因子的分析,矩形翼翅片管和弓形翼翅片管的综合传热性能评价因子值均>1,其综合传热性能均优于平直翅片管,且弓形翼翅片管综合传热性能最优。

微细腔内CO_2对CH_4/H_2O重整反应特性影响

基于镍基催化剂下表面反应机理,采用数值模拟方法,深入研究了在一定水碳比下,CO_2含量的变化以及在固定的CH_4/H_2O/CO_2比例下催化壁面温度,质量流量对微细腔内甲烷重整反应的影响。结果表明提高CO_2/CH_4的比例能够明显提高CO_2、CH_4转化率,提高CO的含量。CH_4/CO_2基元反应的产物在低温条件下CO和H_2O,水蒸气转化率和H_2产量降低,CO_2含量增加降低水蒸气的消耗;在高温条件下,由于产生CO和H_2,使氢气含量增加但水蒸气转化率降低.