祝贺课题组博士生苏明泽的论文:Particle-resolved simulation and modeling of the conversion rate of coal char in chemical looping with oxygen uncoupling (化学链氧解耦燃烧中煤焦转化速率的单颗粒解析模拟与建模)被期刊Combustion and Flame收录。赵海波教授为通讯作者,苏明泽为第一作者。
在本工作中,作者们首先基于Chemkin软件,构建了考虑颗粒内外传热传质和详细均相/非均相反应的单颗粒模拟程序。然后将该程序应用于模拟煤焦在典型化学链氧解耦(CLOU)燃烧条件下的转化过程。
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由于同时处于低浓度氧气和高浓度二氧化碳的条件下,煤焦在典型CLOU条件下可能同时发生氧化转化和气化转化,并且二者还会存在相互影响。典型富氧燃烧条件也同时包含氧气和二氧化碳,虽然在该条件下气化氧化在煤焦转化上的贡献以及相互影响已经有了较为清晰的结论,但是这些结论不适用于CLOU条件,因为CLOU条件存在更低的温度和氧气浓度。另一方面,该问题因受限于实验条件或实验精度,很难通过实验的方法来进行研究。因此作者们选用了颗粒解析尺度下的模拟来研究该问题。
研究表明:1. 煤焦在CLOU条件下的转化速率大于单独氧化和单独气化时的转化速率并小于单独氧化和单独气化速率代数之和;2. 在CLOU温度区间内,即使氧气具有很低的浓度(例如0.5 vol%),氧化转化仍主导煤焦的转化过程;3. 不同于在富氧燃烧条件下,在CLOU条件下氧气在二氧化碳气氛中具有更低的扩散速率和二氧化碳具有更高的比热容等因素的影响不明显,因为CLOU条件具有更低的温度,氧化反应的外扩散效应不显著;4. 在CLOU条件下,煤焦气化氧化之间的影响主要表现在氧化反应发生在颗粒外表层并完全抑制气化反应,气化反应主要发生在氧气不能进入的颗粒内部。基于该认识,提出了氧化反应内扩散有效因子决定的气化反应表达比的概念,用以构建CFD模拟适用的煤焦转化模型。
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该工作受到了国家重点研发计划(2016YFB0600801)项目的资助。