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竖式炉窑气固换热与反应的协同强化

学术   2024-08-28 16:31   北京  
近日，北京科技大学和江西理工大学研究人员合作在《中国科学：技术科学》2024年第8期发表了题为“竖式炉窑气固换热与反应的协同强化”的论文，该研究以全氧高炉技术为背景，从多场协同强化角度研究分析这类竖炉堆积床层的气固换热与反应过程，为优化竖炉工艺流程提供气固换热与反应有关的信息。

原文信息:

陆元翔, 李飘, 刘恋至, 等. 竖式炉窑气固换热与反应的协同强化. 中国科学:技术科学, 2024, 54: 1563-1576
竖式炉窑内动量、能量、质量传递和化学反应之间是相互影响的，建立炉内能质传递和化学反应间的协同耦合关系对竖炉节能降耗增产有重要意义，论文探讨了颗粒有序堆积单元结构通道内流动换热反应的场协同原理。
模型通道分段示意图
为深入研究竖炉内炉料堆积下的多物理场间协同强化关系，针对简单立方(SCC)、体心立方(BCC)和面心立方(FCC)有序堆积方式下的颗粒堆积单元结构通道，研究采用CFD软件对其流动换热反应过程进行数值模拟，对比了其中两种颗粒雷诺数条件(Rep=200和Rep=2000)，并探讨其传热传质场协同原理。
通道模型计算区域中心截面的压力云图(Rep=2000)
通道模型计算区域中心截面的温度云图(Rep=2000)
模拟结果表明，在整体上看，FCC堆积方式的整体换热和反应速率最大，在流动方向上对温度降低的影响最为显著，且流动速度对温度分布的影响相对较小，SCC结构则刚好相反。针对气固反应，BCC堆积方式的整体传热、传质场协同数最大，当Rep=2000时，平均值分别在130和260。在空气流动方向上，场协同数(传热/传质)、颗粒表面对流换热系数和反应速率呈周期性振荡，且在传热和传质场协同数较大的区域，其颗粒表面对流换热系数和反应速率也较大。
通道模型计算区域中心截面的各组分云图(Rep=2000)
论文针对能质传递与化学反应间的协同强化关系的研究，为气固流动换热反应间的协同耦合关系协同强化研究提供一定支持。

 http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4NTE1MzU1OQ==&mid=2652147484&idx=1&sn=38044257e6805a007a5691f953e9bbb9
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