纤维质燃料水平填充床反向阴燃传播特性研究

基于两步反应动力学机理(包括燃料热解和燃料的氧化),建立了二维非稳态燃料填充床阴燃的数学模型.该模型既考虑了固相和气相之间的热传递,也考虑到了气体在多孔介质内扩散系数的变化.辐射换热采用扩散近似方式予以表达.数值模拟结果表明:阴燃传播速度随着来流速度的增大而增大,但当来流速度超过0.35 cm/s时,阴燃速度增长幅度大大减小;来流速度对阴燃最高温度影响不大.同时还模拟了燃料阴燃过程中气体组分(O2、CO、CO2及H2O)和固体成分(燃料、焦炭)的变化以及温度分布情况.图8,表2,参12.     

水平填充床中纤维质燃料正向阴燃数值模拟研究

根据多孔燃料三步反应动力学过程,建立了2D非稳态纤维质材料填充床阴燃的数学模型.阴燃的化学动力过程包括燃料热解、燃料放热氧化及焦炭的放热氧化.该模型既考虑了固-气之间的热交换,也考虑到气体在多孔介质内的扩散系数变化.数值模拟了来流速度对阴燃速度及平均最高温度的影响,结果表明:阴燃传播速度与来流速度基本上呈线性关系,来流速度对阴燃最高温度影响不大.同时也模拟了燃料阴燃过程中气体组分(O2、CO、CO2及H2O)的变化.通过改变3个反应指前频率因子发现:增大A2(燃料氧化频率因子)会加速阴燃,增大A1(燃料热解频率因子)和A3(焦炭氧化频率因子)均会减小燃料阴燃传播速度.     

逆向阴燃传播的积分模型

建立了一维逆向受迫条件下的阴燃传播和向有焰火转化的模型．在逆向受迫对流每件下，忽略残碳和氧气的反应，材料阴燃的化学反应采用两步反应模型，使用积分方法求解各个移动区域的质量和能量守恒方程，推导出阴燃传播速度、温度以及氧气浓度分布．结果表明逆向阴燃是氧控制反应，阴燃速度与氧气量供应成正比，氧气在阴燃反应区被完全消耗，阴燃难以转化为有焰火．模型预测的结果与实验数据的比较具有较好的一致性．     

软质聚氨酯泡沫阴燃前热解特性及动力学分析

采用差示扫描量热-热重分析(DSC-TGA)同步热分析仪和中温差热分析仪(DTA)对软质聚氨酯泡沫(FPUF)在不同O2浓度下的热解特性、热解动力学及其对阴燃的影响进行研究。结果表明:聚氨酯泡沫热解主要分为2个阶段。第一阶段主要是FPUF分解产生异氰酸酯和多元醇,第二阶段主要为多元醇的分解。当O2体积分数从0增加到50%时,第一阶段热解起始温度和活化能变化很小,第二阶段最大质量分数损失速率对应温度从385℃降低到300℃,活化能从170 kJ/mo1降低到80 kJ/mo1。聚氨酯热解过程中不同类型反应的活化能大小顺序为:多元醇热解活化能聚氨酯热解活化能多元醇氧化活化能。多元醇氧化反应产生的热量是聚氨酯泡沫阴燃时的主要热量来源。因此,O2浓度增加通过加快热解速率、降低反应所需温度和增加放热量来促进阴燃的建立和传播。     

热解炭阴燃特性的实验研究

为了研究热解炭阴燃特性,在自行设计的炭粉阴燃实验台上对玉米秸秆粉热解残炭阴燃特性中的温度、尾气和燃烧速度进行研究.实验结果表明:随着阴燃前锋下移,各温度测点峰值逐渐下降,峰值持续时间增长;在阴燃发生的前11h内,气体产物中C(CO)∶C(CO2)>1;阴燃初期的阴燃速度最快,随后逐渐减慢.     

生物质燃烧和阴燃过程对比

为了明确生物质燃烧和阴燃的共性和差异,分类总结了生物质燃烧和阴燃过程的特点,得出大颗粒生物质燃烧过程和自然对流条件下生物质粉正向阴燃物理过程近似的结论.对比了这两种过程的物理化学反应特性、传输机理及边界条件,得出结论:两种过程干燥、热解等物理化学反应机理相同,炭氧化过程稍有差异、边界条件差别很大.     

多孔介质燃料填充床中反向阴燃传播解析

为了定性描述燃料反向阴燃中熄灭问题,根据单步反应机理,通过简化模型参数及大活化能渐近分析,得出了定性描述燃料反向阴燃传播的两个方程.结果表明:随着空气流量的增大,阴燃温度是不断上升的,但由于受到反向空气风流的影响,阴燃温度的增长幅度是逐渐变小的;阴燃传播速度却呈现出先增大后减小直至熄灭的变化趋势;在气体流量为零的情况下,燃料仍然可以发生阴燃,而维持阴燃不断传播所需要的氧气量源于反应区域周围气体的扩散.该项成果为科学理解燃料反向阴燃及其熄灭特性提供了理论依据.     

水平碳粒填充床上方气体热辐射对阴燃影响

利用分区法计算了水平碳粒阴燃床上方气体层内的辐射换热。计算结果表明：气体辐射因素对阴燃烧转变成明火的影响较大,尤其对出现明火后的气体温度分布影响很大,而对填充床内的阴燃传播影响较小,因此,当仅考虑填充床内的阴燃传播时可不计填充床上方的气体辐射体因素。     

段状玉米秸秆阴燃特性试验研究

以北方高寒地区玉米秸秆为研究对象，利用正交设计的试验方法，选取颗粒尺寸、堆积尺寸、堆积密度以及含水率为影响因素，在自制的阴燃试验台进行北方高寒地区玉米段状秸秆的阴燃特性的研究.研究表明：秸秆尺寸350 mm、堆积尺寸250 mm×350 mm×300 mm、堆积密度40 kg/m3、含水率20%时，炉腔内温度高、阴燃时间最长，最高平均温度为701.6℃，阴燃时间为145 min；阴燃时阴燃波自上而下，温度的变化自上向下逐渐升高，属于正向阴燃.     

高大空间早期火灾试验的火源选择研究

对早期火灾探测器试验的两种火源——棉绳阴燃火和木材热解火进行试验,分别从烟气运动速度、烟气温度,火源温度以及环境对烟气的影响进行对比分析,找出早期火灾的运动规律,并为高大空间早期火灾试验选择合适的火源。     

熔融还原煤气改质的数值模拟

考虑到两步法熔融还原中煤气的显热没有得到充分的利用,对煤气改质进行数值模拟研究.研究结果表明,相同的气体温度和气体流量下,碳消耗量随着填充床的高度增加(或碳基粒度的减少)而增加,水蒸气消耗量随着填充床高度的增加(或碳基粒度的减少)而减少;COREX终还原炉发生煤气改质后氧化度由0.10降至0.065,HIsmelt熔融还原炉炉顶煤气氧化度由0.625降至0.223,煤气的显热得到充分利用.     

基于CFD的城市生活垃圾焚烧炉燃烧优化

基于CFD,对城市生活垃圾焚烧炉进行了燃烧优化调整。采用扩散的床层模型和组分运输模型对垃圾在焚烧炉内的燃烧过程进行了数值模拟计算。在保持一、二次风比例不变的情况下,调整一次风的各级给风率,计算出各种燃烧条件下床层上方的炉膛烟气组分和温度分布。计算结果表明：一次风各级给风率的变化对垃圾焚烧炉内的气相燃烧及流场产生了较大的影响,热解燃烧段应采用均等配风;当一次风各级比例为1:3:3:2:1的时候,主炉膛出口CO浓度最小,平均浓度为0.159g/m3。     

随机堆积床内甲烷/空气预混燃烧过程的数值模拟

通过离散元软件LIGGGHTS重现球体的重力堆积过程,建立三维随机堆积床几何模型.利用大涡方法结合双温度模型以及EBU-Arrhenius燃烧模型,模拟了甲烷/空气预混气体在堆积床内预混合燃烧过程.通过将模拟结果与实验数据对比验证了模型的有效性,在此基础上对随机堆积床内部的火焰分布结构、火焰面形状及温度分布规律等进行了分析.模拟结果表明:在燃烧后期,堆积床内的小球温度要高于同一高度上气体的温度,这体现了多孔介质良好的蓄热能力;壁面与轴线间的火焰面高度差远远小于无多孔介质的管内燃烧情况,表明随机堆积床可以通过分割火焰来提高燃烧的均匀性和稳定性.     

颗粒型固-固相变材料堆积床蓄热与放热实验

对季戊四醇的固体颗粒堆积床相变蓄热和放热特性进行了实验研究.实验结果表明:在开始加热时,空气进口段堆积床的温度上升比较快,随着蓄热的进行,温度升高减慢;当季戊四醇的温度达到相变温度时,出口温度基本保持不变.当开始放热时,堆积床进口处蓄热材料的温度下降较剧烈,后段温度下降很缓慢.随着时间的增加,蓄热床内各点的温度均下降,并出现中段温度高、两侧温度低的现象.在实验中观察到明显的升华现象.     

两段式喷煤填充床内煤粉分布规律的试验研究

根据相似原理建立了1∶25的二维冷态填充床模拟高炉喷吹煤粉,通过试验比较了一段式喷煤和两段式喷煤条件下填充床内煤粉的分布规律和压差变化.结果表明:煤粉主要堆积在填充床下部,随高度的增加,煤粉的堆积量呈下降趋势.第二段喷入的煤粉大部分堆积于填充床边缘区域,中心区域堆积的煤粉主要为风口喷入.在喷煤量相同条件下,两段式喷煤时模型高度方向上煤粉分布更加均匀,填充床透气性得到改善;两段式喷煤与一段式喷煤相比,填充床内总压差下降了约29%,主要是填充床下部的压差显著降低;第二段喷入填充床内的煤粉对填充床上部的压差影响不大.     

利用温度梯度分析COREX熔化气化炉内区域

建立了COREX熔化气化炉热态模型;利用石蜡模拟矿石,玉米颗粒模拟焦炭,通过温度传感器对炉内气相温度进行了测定.对测得的模型内温度信息进行处理,可以获得模型内温度梯度.对熔化气化炉在高度方向的温度梯度进行分析,可大致区分炉内填充床、软熔区域、半焦床以及风口回旋区的范围.该研究方法可以比较客观地描述COREX熔化气化炉内部的各区域,以便在进一步研究中分析操作条件变化对炉内各个区域的影响.     

喷动床空隙率分布

对塔径为１８２ｍｍ的喷动床，设计了可更换口径的直管式喷嘴，使用光导纤维仪实测小米和尿素等物料床层局部空隙率分布，结果表明，床内流动状态可分为喷动区，密相区，环形区和壁效应区４个区域，密相区空隙率变化很小，不随操作条件改变，且与静床隙率相当，对喷动床操作的稳定性起决定作用。     

吸附床层中有效导热系数测定及非稳态传热

本文采用一维拟均相单参数模型研究了低雷诺数下,以改性分子筛为填料的吸附床层中的非稳态传热,测算出床层中的有效导热系数,并回归出床层中心轴线上达到指定温度所需时间与柱径之间的关系式,与实验数据吻合良好,为参数泵吸附分离工艺的放大提供了可靠的依据,也为低雷诺数下填充床中的传热研究提供了有益的参考。     

长焰煤贫氧燃烧放热特性参数实验研究

采用差示扫描量热(DSC)法测试了煤田火区和什托洛盖长焰煤在贫氧、不同氧浓度气氛下的氧化燃烧放热过程;并对热流曲线进行了分峰、积分处理;分析了长焰煤氧化燃烧的放热历程;研究了放热特性参数在贫氧不同氧浓度气氛下的变化规律;进而分析了氧气浓度对煤火空间演化过程的影响。研究表明,长焰煤燃烧放热过程主体分为以煤氧化学吸附和挥发分燃烧放热为主的放热阶段A,和以煤焦及半焦高温燃烧放热为主的放热阶段B。在贫氧条件下,随着氧气浓度的降低,阶段A和阶段B的峰值温度T_a和T_b逐渐升高,阶段A的放热量先增大后减小,并在16%时达到最大;阶段B的放热量逐渐减小。研究确定了16%氧气浓度为煤火空间演化的关键氧气浓度。