太阳能CO_2煤气化反应器玻璃窗清洁度的数值模拟

太阳能二氧化碳煤气化拥有减少CO_2排放,清洁、节能地制取高品质高纯度气体燃料的优点.作为太阳能热化学制备清洁燃料的核心部件,旋风流反应器便于输运、液态排渣、效率高、易实现,然而直接式反应器的一个主要问题是煤颗粒会沾染反应器玻璃窗口,影响反应器效率和安全性.针对三维直接辐照旋流太阳热化学反应器,并考虑能流椭球型分布及聚光边界条件,本文采用欧拉-拉格朗日方法建立了气固两相流数学模型并耦合煤颗粒、气体的参与性介质辐射和化学反应动力学模型.与苏黎世联邦理工学院的实验结果对比验证之后,研究了CO_2进气质量流量配比和煤颗粒质量流量对石英玻璃窗表面沉积煤颗粒的影响规律.计算结果表明,保持玻璃窗口清洁主要取决于进气质量流量配比,当CO_2与煤颗粒的摩尔比在1.3～1.8的范围内,腔体、清扫玻璃和输送煤颗粒气体质量流量分别占总CO_2进气质量流量的范围为71.9%～78.2%,15.7%～20.7%和5%～10%,玻璃窗口清洁度最优.煤颗粒质量流量对石英玻璃窗表面沉积煤颗粒的影响不大,但会显著影响煤颗粒运动轨迹.