流化床技术模拟方法研究 [Numerical Simulation Method on Fluidized Bed Technology] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　《流化床技术模拟方法研究》介绍现阶段流化床技术的发展与应用，针对流化床内气固两相湍流与反应、颗粒运动耗散、气固相间作用等在模拟过程中遇到的复杂问题提出以颗粒动理学理论为基础的模拟方法。以颗粒动理学理论为基础，从Boltzmann方程出发推导表征颗粒速度脉动各向异性的颗粒速度脉动二阶矩模型，及表征颗粒旋转运动特性的粗糙颗粒动理学模型。同时给出气相湍流模拟方法、气固相间作用力和作用能量的模拟方法。基于所建立的模型，模拟研究流化床内气固两相流动特性、煤燃烧及煤一生物质联合燃烧特性、生物质气化特性。通过不同结构、不同工况、不同燃料等参数的模拟实例为读者清晰且全面地掌握流化床模拟研究方法提供良好的平台。
　　《流化床技术模拟方法研究》可供流化床技术领域的科研技术人员参阅，亦可作为能源化工等相关专业的本科生及研究生辅导教材。

内页插图

目录

前言
第一篇 基础知识
1 流化床技术
1．1 流化床技术概述
1．2 流化床技术分类
1．2．1 按分离器工作温度分类
1．2．2 按分离器结构形式分类
1．2．2．1 采用旋风分离器的循环流化床锅炉
1．2．2．2 采用惯性分离器的循环流化床锅炉
1．2．2．3 采用组合系统的循环流化床锅炉
1．2．2．4 旋涡燃烧分离器的循环流化床锅炉
1．2．3 按有无外置式换热器分类
1．2．4 按物料循环倍率分类
1．2．5 按固体物料循环方式分类
1．2．6 按炉膛压力分类
1．2．7 按工质蒸汽压力分类
1．2．8 按锅炉水循环的方式分类
1．3 流化床反应器内气固特性研究
1．3．1 流化床反应器内气固流动特性研究
1．3．2 流化床反应器内气固燃烧特性研究
1．3．3 流化床反应器内气固气化特性研究
2 流化床内颗粒动理学理论研究
2．1 颗粒动理学理论概述
2．2 颗粒动理学理论的发展
2．2．1 颗粒二阶矩理论
2．2．2 粗糙颗粒动理学理论
2．3 颗粒动理学理论在流化床中的应用
3 流化床内气相大涡模拟方法研究
3．1 大涡模拟方法概述
3．2 亚格子流动模型研究
3．3 亚格子反应模型研究
3．4 大涡模拟方法在流化床中的应用
4 流化床内气固相间作用研究
4．1 气固相间一阶作用力模型研究
4．2 气固相间二阶作用脉动能量模型研究
4．3 气固相间作用模型在流化床中的应用

第二篇 应用实例
5 气相大涡模拟一颗粒相二阶矩模型
5．1 引言
5．2 气相大涡模拟模型
5．2．1 气相可解尺度质量守恒方程
5．2．2 气相可解尺度动量守恒方程
5．2．3 气相可解尺度能量守恒方程
5．2．4 气相可解尺度组分守恒方程
5．2．5 气相亚格子流动模型的封闭
5．2．6 气相亚格子反应模型的封闭
5．3 颗粒相速度脉动二阶矩模型
5．3．1 颗粒速度各向异性分布函数
5．3．2 颗粒相流动控制方程
5．3．3 颗粒相反应控制方程
5．4 气体一颗粒相间作用模型
5．4．1 相间曳力模型
5．4．2 气固相间二阶关联项模型
5．5 壁面边界条件
5．6 本章小结
6 流化床内气固两相流动特性的模拟
6．1 引言
6．2 低质量流率提升管流动特性分析
6．2．1 模拟工况及条件
6．2．2 模拟结果与Jiradilok等实验对比
6．2．3 瞬时流动特性分析
6．2．4 浓度与速度特性分析
6．2．5 气相亚格子湍动能与耗散分析
6．2．6 颗粒相速度脉动二阶矩分析
6．2．7 气相与颗粒相雷诺应力型二阶矩分析
6．3 高质量流率提升管流动特性分析
6．3．1 模拟工况及条件
6．3．2 模拟结果与Herbert等实验数据对比
6．3．3 瞬时流动特性分析
6．3．4 气相亚格子模型比较
6．3．5 气固相间二阶关联模型比较
6．3．6 颗粒碰撞弹性恢复系数影响
6．3．7 气体表观速度的影响
6．3．8 颗粒质量流率的影响
6．4 本章小结
7 流化床内燃烧过程特性的模拟
7．1 引言
7．2 流化床洁净煤燃烧特性分析
7．2．1 煤颗粒燃烧过程反应模型
7．2．1．1 煤热解反应模型
7．2．1．2 碳燃烧反应模型
7．2．1．3 挥发分燃烧反应模型
7．2．1．4 NQ排放过程反应模型
7．2．1．5 脱硫过程反应模型
7．2．2 模拟工况及条件
7．2．3 模拟结果与Topal等实验数据对比
7．2．4 煤颗粒燃烧过程瞬时结果分析
7．2．4．1 瞬时浓度与速度分布
7．2．4．2 瞬时颗粒相组分质量分数分布
7．2．4．3 瞬时气相组分摩尔分数分布
7．2．4．4 瞬时气相与颗粒相温度分布
7．2．5 煤颗粒燃烧过程时均结果分析
7．2．5．1 时均浓度与速度分析
7．2．5．2 时均颗粒相速度脉动二阶矩分析
7．2．5．3 时均颗粒相雷诺应力型二阶矩分析
7．2．5．4 时均碳燃烧结果分析
7．2．5．5 时均挥发分燃烧结果分析
7．2．5．6 时均NOx排放结果分析
7．2．5．7 时均脱硫结果分析
7．2．5．8 时均气相与颗粒相温度分析
7．3 煤一生物质混合燃烧特性分析
7．3．1 模拟工况及条件
7．3．2 单纯煤燃料模拟结果及分析
7．3．3 煤与稻壳混合燃烧模拟结果及分析
7．4 循环流化床反应器二氧化碳捕集特性分析
7．4．1 模拟工况及条件
7．4．2 实验对比
7．4．3 模拟结果分析与讨论
7．5 本章小结
8 流化床内气化过程特性的模拟
8．1 引言
8．2 Gerber等的生物质气化过程模拟研究
8．2．1 生物质气化过程反应模型
8．2．1．1 生物质热解反应模型
8．2．1．2 焦油热解反应模型
8．2．1．3 水气转换反应模型
8．2．1．4 燃气氧化反应模型
8．2．1．5 碳的气化反应模型
8．2．2 模拟工况及条件
8．2．3 模拟结果与Gerber等实验对比
8．2．4 生物质气化过程瞬时结果分析
8．2．4．1 初始流化特性分析
8．2．4．2 瞬时浓度分布
8．2．4．3 瞬时气相组分摩尔分数分布
8．2．4．4 瞬时气相与颗粒相温度分布
8．2．5 生物质气化过程时均结果分析
8．2．5．1 时均浓度与速度分析
8．2．5．2 时均颗粒相速度脉动二阶矩分析
8．2．5．3 时均气相与颗粒相雷诺应力型二阶矩分析
8．2．5．4 时均焦油热解过程分析
8．2．5．5 时均燃气氧化分析
8．2．5．6 时均碳颗粒燃烧和气化过程分析
8．2．5．7 时均气相与颗粒相温度分析
8．3 Loha等的生物质气化过程模拟研究
8．3．1 模拟工况及条件
8．3．2 与Loha等实验结果的对比
8．3．3 流动特性分析
8．3．3．1 床料流动模型分析瞬时特性
8．3．3．2 颗粒速度分布时均特性
8．3．4 反应模拟结果分析
8．3．4．1 瞬时气相各组分浓度分布
8．3．4．2 时均气相各组分浓度分布
8．3．4．3 生物质颗粒浓度分布与温度场的关系
8．3．4．4 化学反应速率分布
8．3．5 不同生物质气化模拟结果及分析
8．4 本章小结
参考文献
附录 气相亚格子湍动能方程的推导过程
彩色图版

前言/序言

　　随着经济的快速发展，因能源利用引起的环境污染日益严重。我国的煤炭利用效率仅为30%，然而燃煤释放的S02占全国总排放的85%，NOx占60%，粉尘占70%。燃煤造成的污染物排放已成为形成酸雨、雾霾等恶劣天气的主要原因，不但对交通、电力、工农业等方面造成严重的影响，还给人类健康带来极大危害。因此，发展高效、低污染的洁净燃烧技术已成为当今社会持续发展的必然要求。流化床技术是目前国际上公认的商业化程度好的洁净燃烧技术。与常规的煤粉锅炉相比，流化床锅炉具有燃料适应性好、燃烧效率高、污染物排放低和操作温度易控制等优势。流化床锅炉可以燃烧劣质煤种，甚至可以将农作物秸秆和生活垃圾等作为燃料变废为宝。流化床锅炉燃烧效率可以达到95%～99%，而且NOx的生成量较低，其他污染物如CO、HCl、HF的排放量也低于煤粉炉。流化床技术是今后发展的一个重要方向。
　　随着计算机技术的普及，数值模拟己成为流化床技术研究的一个重要手段。目前学者对燃烧过程研究较多，但大多数都只关心反应原理，在假设颗粒静止的稳态的基础上进行模拟预测。然而，流化床内气固两相流动与反应是一个复杂的动态过程，一方面，气体湍流流动、颗粒碰撞耗散以及气固相间多向耦合作用等多相流问题增加模拟的复杂性；另一方面，均相反应与气固异相反应同时存在，反应过程的吸放热温度变化，使得气固相间的流动与反应过程相互影响，对研究模型精度的要求更高。因此，流化床技术模拟方法相关的资料对发展和预测流化床技术具有重要的指导意义。
　　目前专门应用于流化床技术模拟方法的书籍凤毛麟角，针对流化床技术发展迅速以及相关技术人员渴望对流化床结构、工作过程及流动与反应特点进行深入了解的需求增加，本书从2009年年初开始着手编写，旨在用简单易懂的文字介绍流化床技术，用科学的语言描述流化床技术的模拟方法、研究思路及模拟过程。本书分为两篇，第一篇（第1章～第4章）是基础知识部分：第1章介绍流化床技术的概念、分类及应用，总结国内外专家、学者对流化床技术的研究现状，介绍基于双流体的流化床内气固流动与反应过程的常见模拟方法；第2章以颗粒动理学为理论基础，推导描述流化床内颗粒速度脉动各向异性的二阶矩理论模型，及描述流化床内颗粒旋转运动的粗糙颗粒动理学理论模型，完善颗粒动理学理论；第3章介绍常用的大涡模拟方法，分析大涡模拟过滤后的亚格子流动模型与亚格子反应模型特点；第4章介绍相间作用力模型和相间作用能量模型的发展。第二篇（第5章～第8章）是应用实例部分：第5章从理论出发详细推导气相大涡模拟一颗粒相二阶矩双流体模型；第6章应用所建立的双流体模型分别对低质量流率和高质量流率提升管内气固两相流动特性进行数值模拟；第7章应用所建立的双流体模型结合燃烧化学反应动理学，分别对煤燃烧和煤一生物质联合燃烧的气固两相流动与反应特性进行数值模拟；第8章应用所建立的双流体模型，考虑高颗粒浓度下的摩擦应力影响，结合气化化学反应动理学，对生物质气化的气固两相流动与反应特性进行数值模拟。通过对流化床内气固流动与反应模型的推导和对不同结构、不同工况、不同燃料等参数的气固流动与反应过程的模拟研究，使读者对流化床模拟研究有一个清晰的认识，更好地掌握流化床数值模拟方法。本书可供流化床技术领域的科研技术人员参阅，亦可作为能源化工等相关专业的本科生及研究生辅导教材。
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