生物质微波气化过程（火用）特性研究
发布时间：2021-06-22 14:45
我国的各类能源生产十分不平衡,化石能源在能源生产总量中依旧占主体地位。但是化石能源所面临的能源短缺问题以及使用化石能源所产生的环境污染问题日趋严重。生物质能源作为一种新型的清洁可再生能源其储量巨大,应用前景广阔。而生物质微波气化技术作为一种生物质热化学转换技术,其可以高效地将较难直接利用的生物质能源转化为具有较高品质的天然气,氢气等气体燃料。（火用）作为能量的评价指标能够综合考虑能量的大小和品质,因此研究生物质微波气化过程（火用）特性对于提高生物质能源的利用率有重要意义。本文针对生物质微波气化过程,建立生物质微波气化数值模型,对生物质微波气化过程进行数值模拟,并对生物质微波气化过程进行（火用）特性和（火用）损失分析,最后探究不同进气速度、当量比以及初始床层温度对气化特性、（火用）特性以及（火用）损失的影响。局部化学（火用）以及局部物理（火用）主要分布于固相体积分数较大的密相区域,其分布与固相体积分数分布相一致。局部动能（火用）主要分布于速度较大区域,但是相对于局部化学（火用）以及局部物理（火用）其值较小,可忽略不计。传热局部（火用）损失主要分布于具有较高温度梯度的入口区域;化学反应局部...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
017年能源生产量分布
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-16-2C+CO→2CO(R9)焦炭的异相反应主要发生在生物质颗粒外表面，因此需要考虑化学反应动力学和扩散速率表面。然而在流化床内气化异相反应相比于燃烧反应速率较慢，对于颗粒表面的扩散可以不予考虑[43]，异相反应的化学反应速率采用下式计算，速率常数如表2-2所示。Arrgr=kC(2-41)2.3数值方法2.3.1物理模型及网格划分由于对于生物质微波气化的研究目前还并未成熟，也并未得到广泛的工业运用。本文研究与工业上运用广泛的生物质气化炉反应器相比较小的微型反应器中的生物质微波气化过程。生物质微波气化物理模型如图2-1所示，整个反应器的高度为200mm，反应器直径为30mm，初始床高为40mm。本文研究的生物质气化剂为空气气化剂，气化剂及生物质颗粒从反应器底部进入反应器进行生物质热解气化，产气从反应器顶部离开。由于采用三维数值模拟的计算量较大，因此将模型简化为二维模型。经过简化后的模型较为简单，为了提高数值计算的准确性同时减少计算量，本文采用结构化网格，采用ICEM软件进行网格划分，网格如图2-2所示。图2-1物理模型图2-2ICEM网格划分40mm200mm
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-21-第3章生物质微波气化特性的数值模拟本章利用第二章中所建立的生物质微波气化数值模型进行数值模拟，得到组分的浓度尝产气体积分数以及生物质气化参数。同时探究不同进气速度、当量比以及初始床层温度对生物质微波气化特性的影响。3.1引言本小节针对进气速度为0.3m/s、当量比为0.3以及初始床层温度为500oC工况数值模拟结果进行分析。图3-1为不同时刻生物质反应器内固相颗粒体积分数云图，可以看出反应器内分为密相区域和稀相区域。在稀相区域，存在大量气体，固相颗粒较少，固相体积分数很校而在密相区域形成流化床，气体和固相颗粒在此区域充分流化。同时可以看出气泡从流化床床层底部开始形成，随后气泡渐渐开始上升，气泡的体积逐渐增大，到达床层表面后破裂。由于气固之间的相互作用，使得流化床具有较大的湍流作用，造成流化床的流化具有不均匀和随机性。2.4s2.6s2.8s3.0s3.2s3.4s3.6s图3-1固相体积分数云图
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波加热技术在生物质能源领域的应用研究进展[J]. 蔡春芳. 精细与专用化学品. 2018(07)
[2]生物质的微波热解技术研究进展[J]. 彭锦星,刘新媛,鲍振博. 应用化工. 2018(07)
[3]流化床O2/CO2气氛木屑与煤混燃的数值模拟研究[J]. 赵伶玲,方博,贾青,赵长遂. 太阳能学报. 2016(01)
[4]橡胶微波加热的数值模拟研究[J]. 李涛,陈海龙,杨广志,杜东兴,李庆领. 工程热物理学报. 2012(09)
[5]生物质氧气气化和水蒸汽气化的能量分析及火用分析[J]. 张亚宁,李炳熙,张波,李洪涛. 华北电力大学学报(自然科学版). 2012(01)
[6]流化床锅炉非正常流化的几种状态[J]. 陈淑霞,马师鹏. 一重技术. 2003(01)
博士论文
[1]基于焦炭本征动力学的携带流生物质气化特性研究[D]. 高晓燕.哈尔滨工业大学 2017
硕士论文
[1]宝日希勒褐煤微波干燥的实验及数值模拟研究[D]. 徐思达.哈尔滨工业大学 2018
[2]生物质微米燃料外热式气化特性实验研究与模拟分析[D]. 王思佳.华中科技大学 2018
[3]生物质高温富氧气化的数值模拟与实验验证[D]. 陆杰.东南大学 2017
[4]值班火焰甲烷湍流燃烧过程（火用）特性研究[D]. 虞翔宇.哈尔滨工业大学 2016
[5]基于（?）理论的生物质热解制取高品位液体燃料综合性能评价[D]. 李海燕.东南大学 2015
本文编号：3243029
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
017年能源生产量分布
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-16-2C+CO→2CO(R9)焦炭的异相反应主要发生在生物质颗粒外表面，因此需要考虑化学反应动力学和扩散速率表面。然而在流化床内气化异相反应相比于燃烧反应速率较慢，对于颗粒表面的扩散可以不予考虑[43]，异相反应的化学反应速率采用下式计算，速率常数如表2-2所示。Arrgr=kC(2-41)2.3数值方法2.3.1物理模型及网格划分由于对于生物质微波气化的研究目前还并未成熟，也并未得到广泛的工业运用。本文研究与工业上运用广泛的生物质气化炉反应器相比较小的微型反应器中的生物质微波气化过程。生物质微波气化物理模型如图2-1所示，整个反应器的高度为200mm，反应器直径为30mm，初始床高为40mm。本文研究的生物质气化剂为空气气化剂，气化剂及生物质颗粒从反应器底部进入反应器进行生物质热解气化，产气从反应器顶部离开。由于采用三维数值模拟的计算量较大，因此将模型简化为二维模型。经过简化后的模型较为简单，为了提高数值计算的准确性同时减少计算量，本文采用结构化网格，采用ICEM软件进行网格划分，网格如图2-2所示。图2-1物理模型图2-2ICEM网格划分40mm200mm
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-21-第3章生物质微波气化特性的数值模拟本章利用第二章中所建立的生物质微波气化数值模型进行数值模拟，得到组分的浓度尝产气体积分数以及生物质气化参数。同时探究不同进气速度、当量比以及初始床层温度对生物质微波气化特性的影响。3.1引言本小节针对进气速度为0.3m/s、当量比为0.3以及初始床层温度为500oC工况数值模拟结果进行分析。图3-1为不同时刻生物质反应器内固相颗粒体积分数云图，可以看出反应器内分为密相区域和稀相区域。在稀相区域，存在大量气体，固相颗粒较少，固相体积分数很校而在密相区域形成流化床，气体和固相颗粒在此区域充分流化。同时可以看出气泡从流化床床层底部开始形成，随后气泡渐渐开始上升，气泡的体积逐渐增大，到达床层表面后破裂。由于气固之间的相互作用，使得流化床具有较大的湍流作用，造成流化床的流化具有不均匀和随机性。2.4s2.6s2.8s3.0s3.2s3.4s3.6s图3-1固相体积分数云图
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波加热技术在生物质能源领域的应用研究进展[J]. 蔡春芳. 精细与专用化学品. 2018(07)
[2]生物质的微波热解技术研究进展[J]. 彭锦星,刘新媛,鲍振博. 应用化工. 2018(07)
[3]流化床O2/CO2气氛木屑与煤混燃的数值模拟研究[J]. 赵伶玲,方博,贾青,赵长遂. 太阳能学报. 2016(01)
[4]橡胶微波加热的数值模拟研究[J]. 李涛,陈海龙,杨广志,杜东兴,李庆领. 工程热物理学报. 2012(09)
[5]生物质氧气气化和水蒸汽气化的能量分析及火用分析[J]. 张亚宁,李炳熙,张波,李洪涛. 华北电力大学学报(自然科学版). 2012(01)
[6]流化床锅炉非正常流化的几种状态[J]. 陈淑霞,马师鹏. 一重技术. 2003(01)
博士论文
[1]基于焦炭本征动力学的携带流生物质气化特性研究[D]. 高晓燕.哈尔滨工业大学 2017
硕士论文
[1]宝日希勒褐煤微波干燥的实验及数值模拟研究[D]. 徐思达.哈尔滨工业大学 2018
[2]生物质微米燃料外热式气化特性实验研究与模拟分析[D]. 王思佳.华中科技大学 2018
[3]生物质高温富氧气化的数值模拟与实验验证[D]. 陆杰.东南大学 2017
[4]值班火焰甲烷湍流燃烧过程（火用）特性研究[D]. 虞翔宇.哈尔滨工业大学 2016
[5]基于（?）理论的生物质热解制取高品位液体燃料综合性能评价[D]. 李海燕.东南大学 2015
本文编号：3243029
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