煤气化炉激冷室内气液固三相热质传递规律研究

【摘要】： 煤气化技术是燃煤高效、洁净利用的有效手段。Texaco水煤浆气化技术是目前世界上最先进的煤气化方法之一。水煤浆和氧化剂在气化室内燃烧后产生高温的合成气和熔融态的灰渣,合成气主要成分包括H2、CO和CO2,另外还有少量的H2S等其它气体。从气化室出来的合成气要经激冷室冷却增湿。高温合成气和熔融态灰渣,在激冷室内与水直接接触骤冷,同时发生相变和传热,即熔融态灰渣冷凝固化,高温合成气急剧降温并增湿,过程中气、液、固三相间的热质同时传递规律研究是至关重要的相关环节。从理论上对气液固三相系统中不同相间的热质同时传递进行分析和研究,寻求合理解决和处理不同相间热质传递的方法与途径,建立描述气液固三相系统中存在热质同时传递的数学模型,针对气液固三相系统中热质同时传递相关的科学问题的研究,采用数值实验的方法研究和探索高温、高压条件下气液固三相系统热质同时传递的特征与规律是文的主要研究内容。 本文以Texaco气化炉激冷室为研究对象,针对激冷室内部的气、液、固多项复杂流动和传热传质过程建立数学模型,对激冷室中下降管内的流动状况、热量传递和质量传递进行了模拟计算。包括对下降管内壁水膜流动、下降管内部合成气与激冷水之间的热量传递、激冷水受热后相变蒸发以及灰渣颗粒在激冷室内部的流动状况进行模拟研究。模拟结果揭示激冷室内部的热、质传递的一些规律,提出了影响下降管内壁水膜覆盖的因素,影响下降管内部的换热因素以及灰渣的在激冷室内的流动特性。 【关键词】：Texaco气化炉 激冷室 辐射换热 vof模型 颗粒轨道模型 数值模拟
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题的研究背景9-10
• 1.2 煤气化技术综述10-13
• 1.2.1 国外三代煤气化技术10
• 1.2.2 煤气化技术的分类10-12
• 1.2.3 国内开发状况12
• 1.2.4 Texaco 气化炉的特点12
• 1.2.5 问题的提出和研究现状12-13
• 1.3 本文的目的与研究内容13-14
• 第二章 Texaco 气化炉激冷室物理模型14-18
• 2.1 Texaco 气化炉和激冷室的结构14-15
• 2.2 简化物理模型15-18
• 第三章 数学模型和构建数值平台18-27
• 3.1 连续相数学模型18-22
• 3.1.1 多相流控制方程18-20
• 3.1.2 单相粘性流体控制方程20-22
• 3.2 离散相数学模型22-24
• 3.3 质量传递方程24
• 3.4 边界条件的处理24-26
• 3.5 数值平台的构建26-27
• 第四章 下降管内壁面降水膜流动特性的研究27-35
• 4.1 下降管物理模型和工作状况27
• 4.2 计算条件27-35
• 4.2.1 二维模型27-28
• 4.2.2 三维模型28
• 4.2.3 雷诺数的计算28
• 4.2.4 网格的划分与数值算法28-29
• 4.2.5 二维计算结果与分析29-30
• 4.2.6 三维计算结果与分析30-35
• 第五章 下降管内传热传质研究35-54
• 5.1 不同辐射模型的讨论35-37
• 5.1.1 DRTM 模型35
• 5.1.2 P1 模型35-36
• 5.1.3 Rosseland 模型36-37
• 5.2 常压工况计算条件37
• 5.3 高压工况计算条件37
• 5.4 模拟结果37-52
• 5.4.1 观察面的选取37-38
• 5.4.2 常压工况下计算结果38-42
• 5.4.2.1 无辐射条件下计算结果38
• 5.4.2.2 DTRM 模型下的计算结果38-40
• 5.4.2.3 P1 模型计算结果40-41
• 5.4.2.4 Rosseland 模型计算结果41-42
• 5.4.3 高压工况下不考虑水蒸发计算结果42-47
• 5.4.4 高压工况下考虑水蒸发结果47-48
• 5.4.5 沸腾相变的局部模拟48-52
• 5.5 模拟结果分析52-54
• 第六章 灰渣的流动状况研究54-59
• 6.1 气固两相流动的研究方法54-55
• 6.1.1 欧拉－拉格朗日方法54
• 6.1.2 欧拉双流体方法54-55
• 6.2 激冷室内气固两相流动的模拟方法55
• 6.2.1 连续相模拟方法55
• 6.2.2 离散相模拟方法55
• 6.2.3 计算简化条件55
• 6.3 物理模型55-56
• 6.4 模拟结果56-59
• 6.4.1 连续相模拟结果56-57
• 6.4.2 离散相模拟结果57-59
• 第七章 研究总结与结论59-61
• 参考文献61-63
• 作者在硕士研究生期间发表论文和获奖情况63-64

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