特定金属元素在燃烧火焰中转化过程的数值模拟
发布时间：2023-02-14 14:25
燃煤烟气的深入治理，越来越受到全社会的普遍关注。除了SO2和NOx之外，汞等其他金属元素的污染控制也逐渐被提到日程。为了更好的控制金属元素在烟气中的排放，研究金属元素在燃烧火焰中的转化机理显得颇为重要。虽然各国对烟气多污染物控制技术都做了深入研究，但是在探究金属元素的转化机理方面，尚未达成统一意见，尤其是在亚微米颗粒物——碳烟上富集和转化的规律的研究就更加稀少。因此从反应动力学机理方面揭示碳烟对污染物的生成转化过程的影响，是如今多污染物控制技术迫切需要解决的问题。基于以上研究背景，本文依托国家自然科学基金“燃烧火焰中初始成核颗粒耦合富集重金属元素的过程及机理研究”，通过计算流体力学软件FLUENT和化学反应动力学软件CHEMKIN，对实验装置乙烯-空气反扩散火焰燃烧器内的流场，温度场，浓度场进行了模拟，并对汞在该温度场内的均相氧化过程进行数值模拟。提出了该燃烧器在生成稳定碳烟时的最佳流量比，并在此基础上探讨计算不同温度和离子浓度对汞的氧化的影响。同时结合前人实验数据对汞在高亚微米颗粒含量烟气中的迁移转化机理展开研究。 本文从模拟的手段出发，希望为尚在搭建中的实验台做出预测和可能性分析。...
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 燃烧过程中微量金属元素污染防治课题的提出
1.3 重金属污染物在燃烧中的排放与控制技术研究现状
1.3.1 痕量金属元素在燃烧过程中的迁移转化
1.3.2 汞在煤中的形态
1.3.3 烟气中汞的控制技术
1.3.4 烟气中砷、硒、铅、镉的排放和控制技术现状
1.4 研究方案的选择
1.4.1 本文的研究方法
1.4.2 本文的研究内容
第2章 反扩散火焰燃烧的数值模拟
2.1 利用 CFD 模拟研究现状
2.2 FLUENT 计算的实现方法
2.2.1 基本守恒方程
2.2.2 流体力学湍流模型
2.2.3 Realizable k-ε模型
2.2.4 辐射换热模型
2.2.5 燃烧模型
2.3 课题方案的选择设计
2.4 FLUENT 模型建立与模拟
2.4.1 二维对象的建立与网格划分
2.4.2 有限体积法建立离散方程
2.5 FLUENT 计算过程
2.5.1 求解器的选择
2.5.2 选择方程离散格式
2.5.3 松弛因子的选择
2.5.4 初始及边界条件的设置
2.6 计算结果及分析
2.6.1 空气对火焰的影响
2.6.2 乙烯流速对火焰的影响
2.6.3 氮气流速对火焰的影响
2.7 本章小结
第3章 汞在燃烧中的转化过程与影响因素
3.1 燃烧过程中汞的形态
3.1.1 煤中汞的赋存形态
3.1.2 燃烧过程中汞的理化变化
3.1.3 汞与氧，氯化物，硫化物，氮化物的反应
3.1.4 汞的析出释放规律
3.2 燃煤烟气中汞的形态分布
3.3 燃烧过程中的影响因素
3.3.1 温度的影响
3.3.2 氯化物的影响
3.3.3 硫化物的影响
3.3.4 氮化物的影响
3.3.5 飞灰的影响
3.4 本章小结
第4章 Chemkin 模拟燃烧中汞的转化过程
4.1 CHEMKIN 软件的构成及工作原理
4.1.1 CHEMKIN 软件的结构
4.1.2 CHEMKIN 的求解过程
4.1.3 化学反应计算模型
4.2 CHEMKIN 软件动力学模型的建立
4.2.1 模型的选择
4.2.2 模拟反应机理的选择
4.2.3 条件的选择
4.2.4 模拟初始参数
4.3 数值模拟结果及分析
4.3.1 降温过程各物质变化模拟结果
4.3.2 Cl2变化的影响
4.3.3 HCl 变化的影响
4.3.4 温度对 Hg 氧化的影响
4.4 数值模拟结果分析与总结
第5章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 展望与建议
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
本文编号：3742538
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 燃烧过程中微量金属元素污染防治课题的提出
1.3 重金属污染物在燃烧中的排放与控制技术研究现状
1.3.1 痕量金属元素在燃烧过程中的迁移转化
1.3.2 汞在煤中的形态
1.3.3 烟气中汞的控制技术
1.3.4 烟气中砷、硒、铅、镉的排放和控制技术现状
1.4 研究方案的选择
1.4.1 本文的研究方法
1.4.2 本文的研究内容
第2章 反扩散火焰燃烧的数值模拟
2.1 利用 CFD 模拟研究现状
2.2 FLUENT 计算的实现方法
2.2.1 基本守恒方程
2.2.2 流体力学湍流模型
2.2.3 Realizable k-ε模型
2.2.4 辐射换热模型
2.2.5 燃烧模型
2.3 课题方案的选择设计
2.4 FLUENT 模型建立与模拟
2.4.1 二维对象的建立与网格划分
2.4.2 有限体积法建立离散方程
2.5 FLUENT 计算过程
2.5.1 求解器的选择
2.5.2 选择方程离散格式
2.5.3 松弛因子的选择
2.5.4 初始及边界条件的设置
2.6 计算结果及分析
2.6.1 空气对火焰的影响
2.6.2 乙烯流速对火焰的影响
2.6.3 氮气流速对火焰的影响
2.7 本章小结
第3章 汞在燃烧中的转化过程与影响因素
3.1 燃烧过程中汞的形态
3.1.1 煤中汞的赋存形态
3.1.2 燃烧过程中汞的理化变化
3.1.3 汞与氧，氯化物，硫化物，氮化物的反应
3.1.4 汞的析出释放规律
3.2 燃煤烟气中汞的形态分布
3.3 燃烧过程中的影响因素
3.3.1 温度的影响
3.3.2 氯化物的影响
3.3.3 硫化物的影响
3.3.4 氮化物的影响
3.3.5 飞灰的影响
3.4 本章小结
第4章 Chemkin 模拟燃烧中汞的转化过程
4.1 CHEMKIN 软件的构成及工作原理
4.1.1 CHEMKIN 软件的结构
4.1.2 CHEMKIN 的求解过程
4.1.3 化学反应计算模型
4.2 CHEMKIN 软件动力学模型的建立
4.2.1 模型的选择
4.2.2 模拟反应机理的选择
4.2.3 条件的选择
4.2.4 模拟初始参数
4.3 数值模拟结果及分析
4.3.1 降温过程各物质变化模拟结果
4.3.2 Cl2变化的影响
4.3.3 HCl 变化的影响
4.3.4 温度对 Hg 氧化的影响
4.4 数值模拟结果分析与总结
第5章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 展望与建议
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
本文编号：3742538
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