煤粉氣流著火的數學模型

煤粉氣流著火的數學模型

與試驗研究相比，煤粉氣流著火的數學模型發展較快。但由于煤粉氣流的著火與燃燒過程是強烈耦合的非線性過程，難以用簡單的數學理論描述，因此盡管人們建立了一些數學模型，但仍不十分完善。在所建立的數學模型中，比較典型的有兩大類。一類是一維層流無限大平面火焰中著火的數學模型，另一類是煤粉空氣射流中的著火模型。

將煤粉氣流的流動簡化為一維層流，把復雜的流體力學因素排除在外，這樣處理起來較簡單。文獻中這類模型也較多。早期較完整的一維層流火焰中煤粉氣流的著火模型是文獻提出的。該模型我們在本節“一”中曾作過介紹，其主要缺陷是模型僅考慮了煤粉氣流所受的輻射加熱。煤粉設備有很多種，比如我們所熟知的煤粉機就是其中比較重要的一種。文獻利用這一模型，計算了著火時間與氣流進口速度、煤粉濃度、著火溫度的關系。文獻也采用該模型計算了著火時間，并發現對于高反應性煤計算結果與實驗吻合得較好，但對低反應性燃料則小于實驗值。這說明簡化的輻射理論，由于沒有考慮燃燒化學反應的速度而對著火時間較長的低反應性煤不適用。為此，該文作者提出了一個新的計算模型[6 0|。新模型所依據的物理模型仍然是無限大平面火焰，其中顆粒的輻射加熱采用無限大平板之間的輻射計算方法，而顆粒的化學反應速度則采用Field的經驗公式[61]計算。由于采用了依賴于溫度的化學反應速度取代了固定的著火溫度，新模型對低反應性燃料著火的模擬與實驗吻合較好。Xieu等人在認為煤焦燃燒化學反應受擴散和表面化學反應聯合控制的前提下，采用等密度、變粒徑的煤焦反應模型取代Field的經驗公式，進一步提出了一維煤焦火焰的著火模型，其計算結果與文獻中煤焦實驗結果吻合較好。陳建原[63]在Smith和Smoot[64]煤粉燃燒和通用模型的基礎上，發展了一種一維煤粉氣流模型。盛昌棟[32]在Essenhigh等人和Krazinski等人模型的基礎上，提出了一種一維平面層流煤粉氣流著火的數學模型。模型詳細描述了火焰中的輻射傳熱、煤粉熱解、揮發分燃燒和多相化學反應等過程，其計算結果與實驗值符合較好。

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