定义煤颗粒

拉格朗日多相流模型用于定义固体煤颗粒的离散相与煤燃烧器中流体域的连续背景相之间的相互作用。

煤被定义为多组分煤颗粒,它包含四个组分:原煤、焦炭、灰和水。通过燃烧器时,喷射的煤颗粒要经历多个过程:

  • 水分含量的蒸发
  • 煤挥发分产生
  • 剩余焦炭的氧化

煤炭颗粒水分含量的蒸发通过煤水分蒸发模型进行建模。此模型基于准稳态蒸发过程,在此过程中,蒸发的驱动力是与使用 Ranz-Marshall 相关关系的汽-液平衡的偏差。煤脱挥模型确定煤挥发分从煤颗粒中逸出并释放为气相的速率。在本教程中,您将使用半阶焦炭氧化模型来计算焦炭氧化。在此模型中,焦炭将通过 O 2 、 H 2 O 和 C O 2 进行氧化。

要定义煤颗粒:
  1. 在煤燃烧连续体中,右键单击模型 > 拉格朗日多相 > 拉格朗日相节点并选择新建 > 自由流相。
  2. 将拉格朗日相 > Phase 1 节点重命名为 Coal。
  3. 对于 Coal 相,按顺序选择下列模型:
    组合框 模型
    颗粒类型 材料颗粒
    残差时间(自动选定)
    压力梯度力(自动选定)
    球形颗粒(自动选定)
    材料 多组分煤
    组分(自动选定)
    状态方程 恒密度
    质量传递 煤燃烧
    双向耦合(自动选定)
    温度(自动选定)
    煤水分蒸发(自动选定)
    焦炭氧化 半阶焦炭氧化
    原煤脱挥 用户自定义的脱挥
    轨迹采样 边界采样
    轨迹文件
    可选颗粒作用力 曳力
    可选模型 湍流耗散
    颗粒辐射
    粒子束耗尽
  4. 单击关闭。
  5. 要允许跟踪出口边界处的颗粒,选择煤 > 模型 > 边界采样节点,然后设置下列属性:
    属性 设置
    标量 单击 (自定义编辑器),然后选择:
    • 颗粒 > 摩尔分数 > 灰的颗粒摩尔分数
    • 颗粒 > 摩尔分数 > 焦炭的颗粒摩尔分数
    • 颗粒 > 摩尔分数 > H2O 的颗粒摩尔分数
    • 颗粒 > 摩尔分数 > 原煤的颗粒摩尔分数
    边界 OUTLET(煤 @ 流体:出口)
  6. 展开半阶焦炭氧化节点,同时选择所有 [反应] 节点,然后将温度指数,β 设为 0.5。
  7. 要防止追踪非常小的灰颗粒并缩短计算时间,设置跟踪的灰的最大质量分数。选择 Coal(煤) > 模型 > 粒子束耗散节点,然后设置下列属性:
    属性 设置
    耗尽标准 $ParticleMassFractionAsh>0.999
  8. 要设置煤颗粒的吸收效率和散射效率,选择煤 > 模型 > 多成分煤 > 材料属性节点,然后设置下列属性:
    节点 属性 设置
    颗粒吸收效率 > 常数 价值 1.1
    颗粒散射效率 > 常数 价值 1.2
  9. 选择煤 > 模型 > 轨迹文件节点,然后使用 (自定义编辑器)选择下列标量:
    • 颗粒 > 颗粒直径
    • 颗粒 > 质量分数 > 灰的颗粒质量分数
    • 颗粒 > 质量分数 > 焦炭的颗粒质量分数
    • 颗粒 > 质量分数 > H2O 的颗粒质量分数
    • 颗粒 > 质量分数 > 原煤的颗粒质量分数
    • 颗粒 > 摩尔分数 > 灰的颗粒摩尔分数
    • 颗粒 > 摩尔分数 > 焦炭的颗粒摩尔分数
    • 颗粒 > 摩尔分数 > H2O 的颗粒摩尔分数
    • 颗粒 > 摩尔分数 > 原煤的颗粒摩尔分数
    • 颗粒 > 颗粒温度
可以通过以恒定速率加热煤颗粒并监视质量损耗来估算脱挥动能。在本教程中,脱挥率由用户自定义的场函数 UserDevolatilizationRate(用户脱挥率)(根据 [1011] 定义的颗粒温度的函数)定义:

  1. 选择 Coal(煤) > 模型 > 用户自定义的脱挥节点,然后设置下列属性:
    节点 属性 设置
    用户自定义的脱挥 挥发分产额 0.6
    挥发蒸汽组分 CoalVolatile(煤挥发分)
    用户脱挥率 方法 场函数
    标量函数 UserDevolatilizationRate(用户脱挥率)
  2. 保存模拟。