生物质矿化炉计算仿真及微/低重力适应性研究
发布时间：2021-11-26 11:09
受控生态生保系统（Environment Control and Life Support System,ECLSS）是长期深空探测任务以及外星球基地任务中关键的技术,固体废弃物处理系统是其重要的组成部分。为实现物质循环利用并提高系统闭合度,“绿航星际”—4人180天集成试验采用高温矿化技术处理生物质不可食部分。本文使用FLUENT软件对“绿航星际”—4人180天集成试验所用高温矿化炉进行了仿真模拟。为验证计算方法的有效性,建立了便于观测的透明炉壁实验炉体,在相同工艺参数条件下对比分析了计算模拟结果与实测实验数据,结果表明:炉体发生燃烧反应的部位及颗粒运动轨迹等参数的仿真模拟结果与实际工况基本吻合。通过高温矿化炉体的温度分布、速度分布以及颗粒运动轨迹等,研究了生物质燃烧过程的气固流动特性和燃烧特点,并分析了进气速率对物料流化及燃烧过程的影响。结果表明:在进料速率5 g/min,进气速率40 L/min的条件下,物料能够被充分流化并紧贴加热壁面螺旋上升,在此过程中生物质颗粒充分燃烧。随着进气速率的降低,物料流化的程度降低且无法充分燃烧,在30 L/min的进气速率下有11%的物料颗粒出现...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
炉体结构示意图
图 1-4 中国工程热物理研究所进行的蜡烛火焰落塔实验现象随后美国 NASA 也利用落塔设备研究了蜡烛火焰随重力的变化，实验结果如图1-5 所示[49]。通过这些蜡烛火焰落塔实验，两个明显的现象引起了广泛注意和大量研究。一是微重力条件下蜡烛火焰的形状由上升的火苗状变为半球状；二是微重力条件下蜡烛火焰的颜色由亮黄色变为暗蓝色。火焰的形状主要取决于反应过程中的空气动力学，在正常重力环境下，蜡烛点燃后高温低密度的气态燃烧产物（二氧化碳和水蒸气）和周围的常温空气产生密度差，从而引起了浮力对流，进而形成了向上升起的火焰；在微重力情况下浮力引起的对流消失，扩散作用成为燃料运输的控制机制，因此火焰形状变为半球状[50]。火焰的颜色主要取决于燃烧过程中的反应动力学，在微重力条件下，自然对流减弱甚至消失，氧气的供给和燃烧产物的运输只能依靠扩散机制，这使得反应速率和蜡烛火焰的温度远小于地面正常重力下的对应值，这也就解释了为什么蜡烛在微重力环境中火焰呈暗蓝色。
实验结果如图1-5 所示[49]。通过这些蜡烛火焰落塔实验，两个明显的现象引起了广泛注意和大量研究。一是微重力条件下蜡烛火焰的形状由上升的火苗状变为半球状；二是微重力条件下蜡烛火焰的颜色由亮黄色变为暗蓝色。火焰的形状主要取决于反应过程中的空气动力学，在正常重力环境下，蜡烛点燃后高温低密度的气态燃烧产物（二氧化碳和水蒸气）和周围的常温空气产生密度差，从而引起了浮力对流，进而形成了向上升起的火焰；在微重力情况下浮力引起的对流消失，扩散作用成为燃料运输的控制机制，因此火焰形状变为半球状[50]。火焰的颜色主要取决于燃烧过程中的反应动力学，在微重力条件下，自然对流减弱甚至消失，氧气的供给和燃烧产物的运输只能依靠扩散机制，这使得反应速率和蜡烛火焰的温度远小于地面正常重力下的对应值，这也就解释了为什么蜡烛在微重力环境中火焰呈暗蓝色。图 1-5 美国 NASA 进行的蜡烛火焰落塔实验现象2002 年杜文峰等人对蜡烛火焰特征进行了数值模拟[51]，模型中蜡烛被假定放置在轴线上，灯芯的蒸发速率与燃烧速率相同，空气沿轴线方向自下向上流动，空气的流速代表了重力大小，流速为零时即表示微重力状态。数值模拟结果与美国 DanielL.Dietrich 等计算结果相似，如图 1-6 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体废物对载人航天任务的影响与应对措施研究[J]. 王洪超,田冀锋,王风彦,白洋,曹泽辉,王海燕. 载人航天. 2017(03)
[2]中国受控生态生保技术研究进展与展望[J]. 郭双生,吴志强,高峰,邓一兵. 载人航天. 2016(03)
[3]基于多孔介质模型下微灌网式过滤器CFD湍流模型选择及流场分析[J]. 李浩,韩启彪,黄修桥,张娟娟,孙浩,李文. 灌溉排水学报. 2016(04)
[4]封闭空间火焰自熄灭时间数值模拟研究[J]. 李兆周,梁天水,钟委,刘中麟. 工业安全与环保. 2015(02)
[5]载人航天器中固体废弃物处理技术的研究进展[J]. 张志远,张付申,张聪聪,魏源送,王亚炜,周抗寒,艾为党. 航天医学与医学工程. 2014(04)
[6]生物再生生命保障系统设计的基本问题[J]. 刘红,胡恩柱,胡大伟,Manukovsky N.S.,Kovalev V.S.,Gurevich Y.L.. 航天医学与医学工程. 2008(04)
[7]中国载人航天器环境控制与生命保障技术研究[J]. 汤兰祥,高峰,邓一兵,傅岚,董文平,周抗寒. 航天医学与医学工程. 2008(03)
[8]-湍流模型及其在FLUENT软件中的应用[J]. 熊莉芳,林源,李世武. 工业加热. 2007(04)
[9]俄罗斯受控生态生保技术研究进展[J]. 刘红,于承迎,庞丽萍,王浚. 航天医学与医学工程. 2006(05)
[10]常用湍流模型及其在FLUENT软件中的应用[J]. 李文华,苏明军. 水泵技术. 2006(04)
硕士论文
[1]地基受控生态生命保障系统固体废物高温氧化处理技术研究[D]. 李攀.燕山大学 2016
[2]循环流化床锅炉燃烧特性与煤种关系的研究[D]. 胡海舰.昆明理工大学 2010
[3]基于Fluent软件的流化床的气固两相流模型研究[D]. 李东耀.重庆大学 2009
[4]微型转杯式燃烧器燃烧室流动和传热特性的数值模拟及实验研究[D]. 司洪宇.中国海洋大学 2008
本文编号：3520024
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
炉体结构示意图
图 1-4 中国工程热物理研究所进行的蜡烛火焰落塔实验现象随后美国 NASA 也利用落塔设备研究了蜡烛火焰随重力的变化，实验结果如图1-5 所示[49]。通过这些蜡烛火焰落塔实验，两个明显的现象引起了广泛注意和大量研究。一是微重力条件下蜡烛火焰的形状由上升的火苗状变为半球状；二是微重力条件下蜡烛火焰的颜色由亮黄色变为暗蓝色。火焰的形状主要取决于反应过程中的空气动力学，在正常重力环境下，蜡烛点燃后高温低密度的气态燃烧产物（二氧化碳和水蒸气）和周围的常温空气产生密度差，从而引起了浮力对流，进而形成了向上升起的火焰；在微重力情况下浮力引起的对流消失，扩散作用成为燃料运输的控制机制，因此火焰形状变为半球状[50]。火焰的颜色主要取决于燃烧过程中的反应动力学，在微重力条件下，自然对流减弱甚至消失，氧气的供给和燃烧产物的运输只能依靠扩散机制，这使得反应速率和蜡烛火焰的温度远小于地面正常重力下的对应值，这也就解释了为什么蜡烛在微重力环境中火焰呈暗蓝色。
实验结果如图1-5 所示[49]。通过这些蜡烛火焰落塔实验，两个明显的现象引起了广泛注意和大量研究。一是微重力条件下蜡烛火焰的形状由上升的火苗状变为半球状；二是微重力条件下蜡烛火焰的颜色由亮黄色变为暗蓝色。火焰的形状主要取决于反应过程中的空气动力学，在正常重力环境下，蜡烛点燃后高温低密度的气态燃烧产物（二氧化碳和水蒸气）和周围的常温空气产生密度差，从而引起了浮力对流，进而形成了向上升起的火焰；在微重力情况下浮力引起的对流消失，扩散作用成为燃料运输的控制机制，因此火焰形状变为半球状[50]。火焰的颜色主要取决于燃烧过程中的反应动力学，在微重力条件下，自然对流减弱甚至消失，氧气的供给和燃烧产物的运输只能依靠扩散机制，这使得反应速率和蜡烛火焰的温度远小于地面正常重力下的对应值，这也就解释了为什么蜡烛在微重力环境中火焰呈暗蓝色。图 1-5 美国 NASA 进行的蜡烛火焰落塔实验现象2002 年杜文峰等人对蜡烛火焰特征进行了数值模拟[51]，模型中蜡烛被假定放置在轴线上，灯芯的蒸发速率与燃烧速率相同，空气沿轴线方向自下向上流动，空气的流速代表了重力大小，流速为零时即表示微重力状态。数值模拟结果与美国 DanielL.Dietrich 等计算结果相似，如图 1-6 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体废物对载人航天任务的影响与应对措施研究[J]. 王洪超,田冀锋,王风彦,白洋,曹泽辉,王海燕. 载人航天. 2017(03)
[2]中国受控生态生保技术研究进展与展望[J]. 郭双生,吴志强,高峰,邓一兵. 载人航天. 2016(03)
[3]基于多孔介质模型下微灌网式过滤器CFD湍流模型选择及流场分析[J]. 李浩,韩启彪,黄修桥,张娟娟,孙浩,李文. 灌溉排水学报. 2016(04)
[4]封闭空间火焰自熄灭时间数值模拟研究[J]. 李兆周,梁天水,钟委,刘中麟. 工业安全与环保. 2015(02)
[5]载人航天器中固体废弃物处理技术的研究进展[J]. 张志远,张付申,张聪聪,魏源送,王亚炜,周抗寒,艾为党. 航天医学与医学工程. 2014(04)
[6]生物再生生命保障系统设计的基本问题[J]. 刘红,胡恩柱,胡大伟,Manukovsky N.S.,Kovalev V.S.,Gurevich Y.L.. 航天医学与医学工程. 2008(04)
[7]中国载人航天器环境控制与生命保障技术研究[J]. 汤兰祥,高峰,邓一兵,傅岚,董文平,周抗寒. 航天医学与医学工程. 2008(03)
[8]-湍流模型及其在FLUENT软件中的应用[J]. 熊莉芳,林源,李世武. 工业加热. 2007(04)
[9]俄罗斯受控生态生保技术研究进展[J]. 刘红,于承迎,庞丽萍,王浚. 航天医学与医学工程. 2006(05)
[10]常用湍流模型及其在FLUENT软件中的应用[J]. 李文华,苏明军. 水泵技术. 2006(04)
硕士论文
[1]地基受控生态生命保障系统固体废物高温氧化处理技术研究[D]. 李攀.燕山大学 2016
[2]循环流化床锅炉燃烧特性与煤种关系的研究[D]. 胡海舰.昆明理工大学 2010
[3]基于Fluent软件的流化床的气固两相流模型研究[D]. 李东耀.重庆大学 2009
[4]微型转杯式燃烧器燃烧室流动和传热特性的数值模拟及实验研究[D]. 司洪宇.中国海洋大学 2008
本文编号：3520024
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