氧化裝置進(jìn)出口乏風(fēng)分配系統(tǒng)數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、煤礦瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的氣體燃料，由于開采利用率不高，使得大量的煤礦瓦斯以煤礦乏風(fēng)的形式排入大氣中，進(jìn)而造成了巨大的環(huán)境污染和能源浪費。煤礦乏風(fēng)氧化技術(shù)是回收、利用煤礦乏風(fēng)中甲烷的先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)開創(chuàng)了大規(guī)模、低成本治理和利用煤礦乏風(fēng)的新局面，是乏風(fēng)瓦斯綜合利用技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
　　本文采用模型試驗和數(shù)值計算相結(jié)合的研究方法，以山東理工大學(xué)自主研發(fā)的煤礦乏風(fēng)熱逆流氧化裝置為原型，研究乏風(fēng)氧化裝置內(nèi)氣體的流動均勻性問題。

2、具體研究包括以下三部分：
　　(1)以山東理工大學(xué)自主研發(fā)的煤礦乏風(fēng)熱逆流氧化裝置為原型設(shè)計、建造冷態(tài)模型試驗臺。通過試驗測量得到了不同進(jìn)氣流量時氧化床內(nèi)氣體的速度分布規(guī)律以及裝置進(jìn)出口壓力損失情況，詳細(xì)討論了入口速度對流動均勻性的影響，并進(jìn)一步分析其流體力學(xué)機理；另外，根據(jù)Darcy-Forchheimer定律建立了氧化床流動阻力的數(shù)學(xué)模型，計算出單位長度陶瓷內(nèi)的慣性阻力系數(shù)和粘性阻力系數(shù)，為數(shù)值模擬計算提供了必要的邊界條件。<

3、br>　　(2)在乏風(fēng)氧化裝置氣流分布模型試驗的基礎(chǔ)上，利用CFD軟件FLUENT求解氧化裝置模型內(nèi)的流場特性。論文討論了影響數(shù)值計算精度的因素，通過簡化氧化裝置氣流流動的物理模型、確定網(wǎng)格類型和調(diào)整網(wǎng)格密度、選擇湍流模型、設(shè)置多孔介質(zhì)模型以及邊界條件等步驟，完成了求解乏風(fēng)氧化裝置內(nèi)流場特性的數(shù)值計算過程。模擬計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果一致，驗證了數(shù)值模擬計算方法的可靠性。之后采用該數(shù)值模擬計算方法分別對不同氧化裝置結(jié)構(gòu)(如裝置的流型結(jié)構(gòu)，

4、集氣箱形狀和高度，以及氧化床的高度、長度和孔隙率等)以及進(jìn)氣導(dǎo)流(包含導(dǎo)流板板形、板長、數(shù)量以及安置方式等)對流動均勻性的影響進(jìn)行了更深入的研究分析。
　　(3)在以上模型試驗以及數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值方法對60000m3/h乏風(fēng)氧化裝置實型進(jìn)行模擬計算研究，通過對天圓地方擴張段以及集氣箱中乏風(fēng)分配的改善，最終給出了60000m3/h氧化裝置進(jìn)出口乏風(fēng)分配系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方案，該設(shè)計方案成功解決了大型氧化裝置內(nèi)部流動不均勻的問題