基于均勻多孔介質(zhì)模型的氧化床阻力特性數(shù)值研究.pdf

1、煤礦乏風(fēng)由于濃度低、氣量大和富集難等特點(diǎn)，一般直接排放到大氣中，這樣不僅造成資源浪費(fèi)而且引起溫室效應(yīng)、破壞臭氧層造成環(huán)境污染。乏風(fēng)熱氧化裝置可以有效氧化乏風(fēng)并回收其中的熱量，而由蓄熱陶瓷體填充的氧化床是其氧化裝置的主要能耗之一，本文基于CFD方法對(duì)蓄熱氧化床進(jìn)行流動(dòng)和傳熱過程的模擬研究，為蜂窩陶瓷蓄熱體結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取、優(yōu)化和合理填充尋求理論指導(dǎo)依據(jù)。論文的主要內(nèi)容如下：
　　1.為了選用合適的蓄熱陶瓷體填充乏風(fēng)氧化床，首先對(duì)方形、

2、圓管形和六邊形蓄熱陶瓷體的幾何結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行理論分析，得出特征尺寸對(duì)蓄熱陶瓷體孔隙率和比表面積的影響規(guī)律。然后利用FLUENT軟件對(duì)方形、圓管形和六邊形蓄熱陶瓷體進(jìn)行模擬，得出在相同孔密度和孔隙率下，選用方形孔可以獲得較好的蓄熱能力，選用圓管形和六邊形孔可以降低其壓強(qiáng)損失；在同孔隙率、比表面積和當(dāng)量直徑條件下，方形陶瓷體的阻力損失較低，六邊形陶瓷體的傳熱效率較高，但是方形陶瓷的氣固界面的傳熱流量比六邊形的大。
　　2.基于自行開發(fā)的

3、煤礦乏風(fēng)熱逆流氧化試驗(yàn)裝置，采用多孔介質(zhì)均質(zhì)模型，建立了煤礦乏風(fēng)蓄熱逆流氧化的控制方程組和化學(xué)反應(yīng)方程，模擬研究了氧化床運(yùn)行參數(shù)、蜂窩陶瓷的結(jié)構(gòu)參數(shù)和物性參數(shù)對(duì)氧化床的流動(dòng)阻力和出口溫度的影響規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明：在氣流方向切換瞬間，氧化床的壓強(qiáng)損失瞬時(shí)增大，經(jīng)過1~2s后趨于穩(wěn)定；隨著進(jìn)入氧化床的乏風(fēng)氣體表觀速度的增加，壓強(qiáng)損失和出口溫度都增加；乏風(fēng)甲烷濃度對(duì)壓強(qiáng)損失影響較?。惶岣叻涓C陶瓷的孔隙率，可以有效降低阻力損失，但是蓄熱能力明顯

4、下降；提高比熱容，有利于氧化裝置穩(wěn)定運(yùn)行；隨著當(dāng)量直徑的增加，壓強(qiáng)損失顯著降低。
　　3.對(duì)現(xiàn)有的六邊形蓄熱陶瓷體和方形陶瓷體組成的氧化床進(jìn)行模擬研究，結(jié)果表明方形蜂窩陶瓷氧化床的壓強(qiáng)損失大于六邊形陶瓷氧化床的，但出口溫度較低?；趯?duì)氧化床軸向方向上的溫度、速度和壓強(qiáng)曲線的分析決定采用組合氧化床，上下端部為當(dāng)量直徑較小、吸放熱熱能力較強(qiáng)的方孔蜂窩陶瓷，中部采用當(dāng)量直徑大、流通阻力小的六邊蜂窩陶瓷。最后對(duì)組合氧化床的七種方式進(jìn)行模擬