煤粉燃燒的數(shù)學(xué)模型-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 究方面 ， 使各種機(jī)理模型更加接近實(shí)際的應(yīng)用要求 。 ， 盡管精度尚需提高但仍能得到有益的結(jié)果 。 獲得試驗(yàn)方法無法得到的信息包括 1) 確定爐膛 ， 燃燒器的總的基本特性； 2) 解釋和進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的分析 ， 以及進(jìn)行優(yōu)化數(shù)值試驗(yàn) （ CAT方法 ） ； 3) 確定敏感的變量； 4) 確定速率控制過程； 5) 確定需要深入研究的領(lǐng)域； 6) 控制燃燒過程； 7) 進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化； 8) 幫助進(jìn)行比例放大的工程設(shè)計(jì)； 9) 提出合適的優(yōu)化運(yùn)行方式； 10) 控制污染物排放的可行措施 。 2) 湍流和其他物理現(xiàn)象的相互作用 ， 最重要的發(fā)展是顆粒湍流擴(kuò)散的隨機(jī)方法的出現(xiàn) ， 使得液滴 ， 顆粒流的擴(kuò)散問題獲得了令人滿意的結(jié)果 。 單顆煤粒經(jīng)歷模型 ? 煤粒的加熱 ? 水份蒸發(fā)模型 ? 揮發(fā)份析出模型 ? 焦炭的非均相反應(yīng)模型 ? 煤粒在燃燒室中的其它經(jīng)歷模型 – 氣體顆粒傳質(zhì) – 煤粉顆粒在反應(yīng)中的物理變化 煤粒的加熱 )( pspppp hhdtdmdtdimQ ????prpcp Q??? ??水份蒸發(fā)模型 )1()(wwjjimwgwjjiwmgimwwmmxdNuxxAnDCNuMm??????wfjjwhm???)()( m a x?揮發(fā)份析出模型 焦炭的非均相反應(yīng)模型 煤粒在燃燒室中的其它經(jīng)歷模型 ? 氣體顆粒傳質(zhì) 3/ ScSh ??煤粉顆粒在反應(yīng)中的物理變化 ( 1) 水份蒸發(fā)時(shí)，顆粒從球體變?yōu)槎嗬怏w，同時(shí)直徑保持不變，顆粒產(chǎn)生結(jié)團(tuán)，結(jié)團(tuán)直徑與初始滴徑相同，同時(shí)也有二次霧化和破碎產(chǎn)生。 煤燃燒過程中流動(dòng)、氣相反應(yīng)過程及其模型 ? 連續(xù)性方程是流體力學(xué)中質(zhì)量守恒的表達(dá)式 [6]。 MonteCarlo概率模擬法 ? 熱流法忽略了空間運(yùn)算而獲得方程的簡(jiǎn)化 ， 但降低了計(jì)算精度， 而區(qū)域法則直接計(jì)算積分 ， 工作量大 。 顆粒在氣流中的受力分析 Fdtvdmpp???即是顆粒受力的總和，一般包括：穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)阻力，浮力，虛假質(zhì)量效應(yīng)， Basset力， Magnus效應(yīng)，Saffman升力和熱泳力等，在顆粒反應(yīng)過程中由于表面質(zhì)量流動(dòng)不均勻引起的推力作用 顆粒的湍流擴(kuò)散 ? 離散相本身的湍流輸運(yùn) (湍流擴(kuò)散 )； ? 由于離散相存在的輸運(yùn)特性對(duì)連續(xù)相湍流特性的修正； ? 湍流脈動(dòng)引起的相間傳輸率特性的修正。 即存在因變量或它們的導(dǎo)數(shù)的非一次項(xiàng) 。 這表明基本方程一般來說無法用解析方法而必須用數(shù)值方法求解 。 離散化方法 ? 一個(gè)微分方程的數(shù)值解系一組 ?的空間和時(shí)間分布的離散的數(shù)的集合。該方法的任務(wù)是提供一組關(guān)于這些未知量的代數(shù)方程并規(guī)定求解這組方程的算法。連續(xù)的計(jì)算域也被離散開了。一定的離散化方程只與少數(shù)的幾個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)有關(guān)，這種情況是選取分段分布這一特性的結(jié)果。網(wǎng)格化的方式影響微分方程離散化的難易，也關(guān)系到解的精確性、收斂性和求解的經(jīng)濟(jì)性。 貼體坐標(biāo)概念初步 ? 對(duì)于非矩形域的計(jì)算問題，用矩形網(wǎng)格就無法獲得正確的應(yīng)用，這是有限差分方法的主要缺點(diǎn)。此外網(wǎng)格還可以設(shè)計(jì)為自動(dòng)調(diào)節(jié)的，即所謂自適應(yīng)網(wǎng)格。 差分方程建立的方法 ? 泰勒級(jí)數(shù)公式 ? 恰好在第三項(xiàng)之后截?cái)嗉?jí)數(shù)，將二個(gè)方程相加及相減，我們得到 ? , ??????? 2222221 )(21)(dxdxdxdx ??????????? 2222223 )(21)(dxdxdxdx ????xdxd???2)( 132 ??? 2231222)(2)()(xdxd???? ????? 這個(gè)方法含有這樣的假設(shè)： ?的變化多少有點(diǎn)象是 x的一個(gè)多項(xiàng)式，從而高階導(dǎo)數(shù)是不那么重要的。這種等效關(guān)系就是所謂的變分原理。 控制容積公式 ? 控制容積公式可以看成是加權(quán)余數(shù)法的一種特殊形式。應(yīng)用表示網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)之間 ?變化的分段分布關(guān)系來計(jì)算所要求的積分。因而，即便是粗網(wǎng)格的解也照樣顯示準(zhǔn)確的積分平衡 . 交錯(cuò)網(wǎng)格系統(tǒng) ? 在這種交錯(cuò)網(wǎng)格系統(tǒng)中，除速度以外的各個(gè)變量，例如壓力、密度、溫度、組分濃度、比熱、交換系數(shù)等均采用同一個(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)；三個(gè)速度分量分別采用它獨(dú)用的網(wǎng)格系統(tǒng)。 煤粉火焰綜合求解及示例 ? 求解程序 ? 在給定一個(gè)合理的，收斂的流場(chǎng)，調(diào)用顆粒兩相流的計(jì)算，首先只考慮動(dòng)量藕合，而不考慮燃燒和反應(yīng)，這個(gè)藕合通常是很微弱的，但是若在入口處煤與氣之間存在著很大的速度差，則在流動(dòng)與兩相流動(dòng)之間迭代幾次，再加上顆粒反應(yīng)，這時(shí)再調(diào)用氣相湍流燃燒、修正氣體溫度、化學(xué)組成，混合物分子量及流體質(zhì)量密度。 模型計(jì)算結(jié)果示例 ? 楊伯翰大學(xué)一維模型計(jì)算結(jié)果 二維模型計(jì)算及結(jié)果 三維計(jì)算結(jié)果實(shí)例 ? 顆粒運(yùn)動(dòng)的軌跡 ? 水分蒸發(fā)規(guī)律 ? 揮發(fā)份析出規(guī)律和著火時(shí)間、距離 ? 焦炭燃燼規(guī)律
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