竖式炉窑气固换热与反应的协同强化

竖式炉窑内动量、能量、质量传递和化学反应之间是相互影响的,建立炉内能质传递和化学反应间的协同耦合关系对竖炉节能降耗增产有重要意义.本文探讨了颗粒有序堆积单元结构通道内流动换热反应的场协同原理.为深入研究竖炉内炉料堆积下的多物理场间协同强化关系,针对简单立方(SCC)、体心立方(BCC)和面心立方(FCC)有序堆积方式下的颗粒堆积单元结构通道,本文采用CFD软件对其流动换热反应过程进行数值模拟,对比了其中两种颗粒雷诺数条件(Re_(p)=200和Re_(p)=2000),并探讨其传热传质场协同原理.模拟结果表明:在整体上看,FCC堆积方式的整体换热和反应速率最大,在流动方向上对温度降低的影响最为显著,且流动速度对温度分布的影响相对较小,SCC结构则刚好相反.针对气固反应,BCC堆积方式的整体传热、传质场协同数最大,当Re_(p)=2000时,平均值分别在130和260.在空气流动方向上,场协同数(传热/传质)、颗粒表面对流换热系数和反应速率呈周期性振荡,且在传热和传质场协同数较大的区域,其颗粒表面对流换热系数和反应速率也较大.