数值模拟秸秆热解过程影响要素及其应用分析

为进一步明确秸秆热解过程的影响因素及其相互作用,本研究系统分析2000—2018年国内外秸秆热解研究的相关文献,总结秸秆热解研究中存在的问题。从数值模拟分析的角度对影响秸秆热解过程的因素进行归纳分类,分析数值模拟中需要考虑的因素及其应用,如基于非稳态数值模拟可实时监测秸秆热解过程中装置内部瞬时温度分布、挥发分流动路径、秸秆颗粒流动规律及浓度分布等瞬态物理量变化。阐述将CFD数值模拟与试验测试、理论推导相结合来研究秸秆热解的必要性,并分析此种研究方式的可行性。     

积分方法改进的生物质热解反应速率模型构建

针对经典Arrhenius方程中温度积分项不可积的问题,通过设定热解过程中生物质转化率同时为时间(和温度r的函数,使温度积分项可积分,有效避免积分法动力学分析中因简化而导致的计算误差。基于此热动力学方程(Ⅱ类热动力学方程)采用等转化率线性积分法求解反应活化能E,并结合模型拟合法选取最优反应机理函数,将选取的机理函数重新代入Ⅱ类热动力学方程积分式解得指前因子A的值。基于等转化率线性积分法分别采用Ⅰ类及Ⅱ类热动力学方程对玉米芯等5种生物质热解过程进行动力学分析,结果显示2类热动力学方程求得生物质活化能E的决定系数均高于0.95。Ⅱ类动力学方程求解的动力学参数计算的动力学分析值与试验值的吻合度高于Ⅰ类动力学方程。根据热解反应的活化能E与lnA具有高度线性拟合性,且转化率0.05～0.85间活化能波动不大这一特点,采用最大热解速率处转化率对应的热解动力学参数简化热解过程的动力学参数,可减小数值模拟的计算成本,为工程上热解反应的数值模拟提供一定的基础。