循环流化床内二元颗粒混合物混合分离特性三维多相数值模拟文献综述

 2022-11-20 04:11
  1. 文献综述(或调研报告):
  2. 化学链燃烧概述

循环流化床内煤的化学链燃烧(CLC)是为CO2内分离而建立起来的一个新概念,它具有低成本和高转化效率的优点。被认为是在燃料燃烧过程中,对温室气体CO2进行内分离的一种非常有前景的技术。大家对这个技术越来越感兴趣,是因为它的低能量损耗和将CO2从烟道气中分离的装置的投资小。在FR中,反应器中的燃料将会和被氧化的载氧体反应生成CO2和H2O。在AR中,被还原的载氧体(OC)会被空气氧化到其原来的状态。

一般情况下,FR中的反应是吸热的,AR中反应是放热的。从以上两个反应中释放的净热量,与空气直接和燃料接触的空气燃烧反应相同。通过在两个反应器中循环固体的OC,可以实现持续地将空气中的氧传递给燃料。因此,燃料并不是直接与空气中的氧气混合,CO2的分离也就没有必要了。

因此,为实现化学链燃烧系统的成功运行,得到最高的效率,研究高通循环流化床内颗粒的混合、分离以及流态至关重要。

  1. 数值模拟现状

近年来,随着计算流体力学技术发展和推广应用,工程界已倾向于尽量利用大型、高速计算机来处理众多的实际工程问题。许多学者和软件开发商一直致力于开发能够真实地反映流体运动和传热过程的精细而又复杂的计算程序。无论在经济上还是在软件的可靠性与适应性方面均获得了成功。另一方面,随着计算机技术的发展,在求解流动和传热问题时,可以根据工程计算容量和规模的大小,选择和利用并行处理系统的超级计算机进行计算,尤其是目前流行用PC集群构建高性能计算平台,极大地促进了CFD技术的工程应用。传统的模型实验工程研究方法,虽然是最直接的方法,但因投资大、周期长、人力、财力和物力耗费大,且实验结果误差相对较大,重复性差,往往因检测手段的精确度、灵敏度以及模型缩放效应造成与实际工程之间的差距很难弥合。随着计算机技术、计算方法、计算流体动力学的不断发展、以及对工艺过程的充分认识,使得计算机模拟工程问题成为可能,与传统研究手段相比,计算模拟的方法具有投资省、周期短、可模拟研究的范围宽等优点,已成为国际工程应用研究领域用于预测和评估工程技术问题的重要工具,得到了工程界的认可。在水泥工程中,CFD技术,作为一种研究气固多相流流动和反应的重要工具,被广泛接受,带动了行业技术研究方法的变革和创新,加快了工程应用技术研究的步伐。

  1. 模拟方法(欧拉法、拉格朗日法)

随着数字模拟技术的更新和计算机硬件技术的发展,数字模拟技术已经成为预测气固流化床内颗粒流动状态的厂用手段。气固数值模拟常见的有两种方法:欧拉法和拉格朗日法。欧拉法考虑颗粒间的碰撞和颗粒间的相互作用力,跟踪颗粒的运动轨迹,求解每个颗粒的运动方程。离散单元法(DEM)就是拉格朗日法在流化床中的应用。同时拉格朗日法不仅能复现与实验相对应的流体流态,还能够提高大量的动态信息,因此拉格朗日法是非常理想化的一种方法。但是就目前的计算机性能来看,该方法在工程实践中是非常耗费计算实践的,并且对计算机性能的要求也相对较高,因此很少采用。目前,使用拉格朗日法时,为了减少计算量,一般用颗粒团代替颗粒。但是,显而易见,这种简化会造成模拟结果的失真。

目前,欧拉法对计算机性能和储存容量的要求较低,因此欧拉法在流化床中复杂的气固流态模拟中得到越来越广泛的应用。在欧拉法中,固体相看成连续相,与气体相混合在一起,每个固体相有独立的密度、颗粒尺寸等物理性质。但是,欧拉法中基于多相流的研究很少。

5. 参考文献

[1] Rui Xiaoa,lowast;, Liangyong Chenb, Chiranjib Sahac, Shuai Zhanga, Sankar Bhattacharyac. Pressurized chemical-looping combustion of coal using an iron ore as oxygen carrier in a pilot-scale unit [J]. International Journal of Greenhouse Gas Control 10 (2012) 363–373

[2] Xiaojia Wang, Baosheng Jin, Yanyan Wang, Chunhong Hu. Three-dimensional multi-phase simulation of the mixing and segregation of binary particle mixtures in a two-jet spout fluidized bed [J].

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