煤粒着火过程数值模拟

摘要

本文对现有煤着火特性的研究现状进行了分析，并提出了针对单颗粒及细煤粉团两种情况下的煤的着火过程数值模型，通过数值模拟得到非稳态的着火过程，对动态的研究煤着火过程有很大帮助。
　　对于单个煤颗粒建立了一个一维球形煤颗粒的非稳态着火数值模型，特别考虑了颗粒内部温度梯度对着火的影响。在此基础上研究了颗粒升温历程，火焰锋面变化过程，颗粒内部导热对着火温度、时间、模式的影响，颗粒直径、环境氧浓度、挥发分含量等因素对着火的影响。并得出以下主要结论：着火模式转变的临界直径则受环境温度、氧浓度以及是否考虑颗粒内部导热等因素的影响。在环境氧浓度较低时易发生均相着火；在富氧状态下，煤粒的着火时间和着火温度均随着氧浓度的增加而减少。越大的颗粒内部温度的梯度越大，从而影响了颗粒着火时间以及火焰面的传播距离和范围。在较低的环境温度下忽略颗粒内部导热会使得着火提前，减小火焰面持续时间和传播距离。
　　对于细煤粉团的工况，建立了一维球形坐标下的煤粉团的非稳态着火过程模型。均相着火时在颗粒表面形成了一个火焰层，随着时间的推进而一分为二，形成双峰结构，最后颗粒团内部的火焰随着内部氧气的消耗而消失，只剩下外部火焰层。挥发分的急速析出会在颗粒团表面产生速度峰值，增强了气固相的对流换热。模拟结果显示整体的挥发分析出速率和焦炭消耗速率随着颗粒群数的增加而降低。煤粒的着火时间则随着环境温度的升高而减少；当环境氧浓度提高时，挥发分析出和焦炭燃烧的速率都会增加，从而使得着火时间相应缩短。

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1绪论

1.1我国能源现状

1.2研究意义

1.3研究着火特性过程中出现的问题

1.4本文主要任务和内容

2煤着火理论及研究现状

2.1煤的着火机理

2.2 煤粒着火的相关判据

2.3影响煤粒着火的因素

2.4煤热解和焦炭反应动力学模型

2.5煤粒着火模拟现状

2.6本章小结

3单颗粒煤着火过程非稳态数值模拟

3.1着火模型

3.2着火判据

3.3计算参数

3.4结果与讨论

3.5本章小结

4一维球形煤颗粒群着火过程非稳态模拟

4.1颗粒团着火模型

4.2边界条件及参数

4.3结果与讨论

4.4本章小结

5全文总结与进一步工作建议

5.1全文总结

5.2进一步研究的建议

致谢

参考文献

附录 研究生期间参与项目及成果