油页岩干燥过程数值模拟及干燥动力学分析

发布时间：2017-09-30 14:28

  本文关键词：油页岩干燥过程数值模拟及干燥动力学分析

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【摘要】：由于经济的高速发展导致了巨大的能源消耗,而传统化石燃料储备量正日益减少,引发世界多国开始寻找替代能源,油页岩世界储量丰富,是一种很好的替代能源。但是开采出来的油页岩具有很高的含湿量,这种高含水率对干馏制备页岩油和燃烧油页岩进行发电都是不利的,油页岩流化床具有很高的干燥效率,但其内部传热传质模型缺乏可靠模拟参数,因此本文对油页岩单颗粒干燥过程进行模拟,分析不同干燥介质传统热空气和过热蒸汽干燥油页岩过程,得出相关参数计算表达式。油页岩干燥传质过程复杂,基于干燥动力学理论提出的半经验模型,用来预测湿份变化具有一定可靠性。基于Whitaker理论建立了热风干燥油页岩数学模型,使用有限元数值计算软件COMSOL对油页岩的传统热风干燥过程进行数值计算,揭示了热风干燥过程油页岩内部温度和含湿量的变化规律,发现干燥过程主要推动力是边界处水蒸汽浓度梯度,热空气相对含湿量对模拟结果有很大影响；热空气温度越高,干燥速率越快；干燥过程中颗粒内部温度、含湿量及气相压力受油页岩片状结构的影响而显示处各向异性特征；得出热空气干燥油页岩水分有效扩散系数的计算表达式。基于梯度驱动模型理论建立了双场模型即温度场和湿度场耦合模型,用来模拟过热蒸汽干燥单颗粒油页岩过程,使用COMSOL软件求解耦合方程组,并对干燥过程中湿分有效扩散系数进行了详细的讨论,得出其与粒径、含湿量及温度有关的计算表达式；对比热空气干燥和过热蒸汽干燥可知,过热蒸汽干燥使得油页岩具有更高的水分扩散系数。基于干燥动力学理论对热风流化干燥油页岩过程进行了干燥动力学分析,对比不同薄层干燥理论拟合结果,选取最适合用来预测该过程的数学模型,为流化干燥油页岩过程提供理论指导；对干燥速率常数的影响因数进行分析,得到其与有效扩散系数的关联式,结合单颗粒干燥过程有效扩散系数模型,导出干燥速率常数计算表达式。本文进行的单颗粒油页岩干燥过程和油页岩干燥动力学分析将有助于干燥油页岩行业做出更深入的机理研究和更优的设备设计。
【关键词】：油页岩 热空气干燥 过热蒸汽干燥 干燥动力学
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE662
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-29
• 1.1 能源现状及研究意义9-10
• 1.2 油页岩概述10-16
• 1.2.1 油页岩资源分布10-12
• 1.2.2 油页岩主要利用技术12-14
• 1.2.3 油页岩开发中存在的问题14-15
• 1.2.4 油页岩干燥现状15-16
• 1.3 干燥技术概况16-27
• 1.3.1 热空气干燥研究现状16-18
• 1.3.2 过热蒸汽干燥特征及现状18-20
• 1.3.3 热空气和过热蒸汽干燥机理及数值模拟20-24
• 1.3.4 流化床干燥技术的应用24-27
• 1.4 本文研究的目的和内容27-29
• 1.4.1 本文研究的目的27
• 1.4.2 本文研究的内容27-29
• 2 油页岩干燥过程数学模型的建立29-42
• 2.1 干燥过程基本理论29-31
• 2.2 热空气干燥单颗粒油页岩的模型建立31-37
• 2.2.1 物理模型及基本假设31-32
• 2.2.2 热空气干燥数学模型32-33
• 2.2.3 模型参数及求解方法33-37
• 2.2.4 油页岩比热容和导热系数等参数的确定37
• 2.3 过热蒸汽干燥单颗粒油页岩的模型建立37-41
• 2.3.1 物理模型及假设37-38
• 2.3.2 过热蒸汽干燥数学模型38-40
• 2.3.3 模型参数40-41
• 2.4 本章小结41-42
• 3 油页岩干燥过程的数值分析42-56
• 3.1 热空气干燥单颗粒油页岩的数值分析42-48
• 3.1.1 模型验证42
• 3.1.2 模拟结果及分析42-48
• 3.2 过热蒸汽干燥单颗粒油页岩的数值分析48-53
• 3.2.1 模型验证48-50
• 3.2.2 模拟结果分析50-53
• 3.3 过热蒸汽与热空气干燥油页岩性能研究53-55
• 3.3.1 不同粒径下湿分比曲线53
• 3.3.2 不同介质温度下湿分比曲线53-54
• 3.3.3 有效扩散系数及应用54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 4 油页岩干燥动力学分析56-61
• 4.1 薄层干燥动力学模型及应用56-57
• 4.2 流化床干燥动力学分析57-60
• 4.2.1 油页岩干燥动力学模拟57-59
• 4.2.2 单颗粒油页岩有效扩散系数的应用59-60
• 4.3 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

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本文编号：948737