精选论文||《能源环境保护》“数值模拟”研究领域
文摘
科学
2024-08-07 10:30
浙江
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数值模拟作为一种创新的科研手段，以其独特的优势在能源环境领域展现出巨大的应用潜力。它不仅能够模拟复杂环境条件下的物理、化学过程，还能预测和评估不同处理方案的效果，为能源环境保护和资源循环利用提供科学依据，扩宽研究边界，提高研究效率和精确度。《能源环境保护》编辑部精选了2023年发表的6篇数值模拟研究领域的论文，以期为相关研究人员提供参考。![]()
摘要：
热解是生物质能源化利用的一种主流技术，但针对多源生物质废物，尤其是中药渣类废弃物的协同热解工艺、物质转化规律和能效特征的理论模拟-验证反馈研究仍相对较少。本文采用具有完备物性系统的Aspen Plus工业模拟软件，建立了生物质废物热解制炭仿真模型，并验证其可靠性。将农林源废弃松木热解制炭实际运行工况数据进行了系统模拟，全面解析了协同利用大血藤类中药渣热解过程物质流和能量流，并对转化效率进行了综合评价。研究结果表明，在现有单一废弃物工况下，热解系统的能耗为2580.7MJ/h，能效为53.0%；在温度为500～550℃的范围内，模拟掺入30%～60%的大血藤中药渣协同热解，可以达到最佳的物料循环利用率和能效水平，系统能耗可降低30%～60%，系统能效可提高3.0%～6.0%。本研究可为中药渣的协同热解提供科学依据。魏楚韵, 张金泰, 刘国庆, 黄子瑞, 王柏淳, 杨海微, 周爱姣. 中药渣协同热解物质流和能量流分析[J]. 能源环境保护, 2023, 37(6): 43-54. DOI:10.20078/j.eep.20231008.
WEI Chuyun, ZHANG Jintai, LIU Guoqing, HUANG Zirui, WANG Bochun, YANG Haiwei, ZHOU Aijiao. Analysis of material flow and energy flow in collaborative pyrolysis of Chinese medicine residue[J]. Energy Environmental Protection, 2023, 37(6): 43-54. DOI:10.20078/j.eep.20231008.
摘要：
近年来，天然气低氮燃烧技术层出不穷，然而单一低氮技术的控制效果始终有限。为实现天然气清洁燃烧和低氮排放，设计了一种集分级燃烧、旋流燃烧和烟气再循环等低氮技术于一体的新型低氮燃烧器，以降低燃烧过程中氮氧化物的生成和排放。建立了功率14MW的燃烧器模型并对其进行数值模拟计算，分析了不同燃烧器结构和运行参数下燃烧器出口附近温度场、速度场以及氮氧化物（NO）浓度场，探究了混合气体旋流强度和二次风出口速度等因素对低氮燃烧性能的影响，优化该燃烧器的结构和运行参数使其达到最佳低氮性能。结果表明：优化前的燃烧器可使燃气在出口截面分布均匀并与空气充分混合，出口截面NO质量浓度已经低于30mg·m-3的低氮排放标准；燃气支管数量优化为8根时，高温区的集中度和氮氧化物的排放量最低，出口截面NO质量浓度低至7.61mg·m-3;一次风和燃气混合气体旋流强度S0优化为0.6时，出口截面NO质量浓度低至5.04mg·m-3,S0越大，产生的旋流效果越好，炉膛内的烟气内循环效应越明显；二次风出口速度优化到15～30m·s-1范围内时，能形成“山”字型的氮氧化物分布特征，有效降低氮氧化物的排放，炉膛出口截面NO的平均质量浓度能够降至4.91mg·m-3。优化后的新型低氮燃烧可使NO接近零排放，为后续的实验和工程实践提供重要参考。褚恒, 王登辉, 吴锋, 黄钰坪.天然气燃烧器的低氮优化及数值模拟[J].能源环境保护, 2023, 37(5): 209-220. DOI:10.20078/j.eep.20230804.CHU Heng, WANG Denghui, WU Feng, HUANG Yuping. Low-nitrogen optimization and numerical simulation of natural gas burners[J]. Energy Environmental Protection, 2023, 37(5): 209-220. DOI:10.20078/j.eep.20230804.凹凸酒窝表面换热管道内颗粒沉积与传热特性的数值模拟研究
摘要：
颗粒物在换热通道内的沉积会显著降低换热效率。为了提高换热器的性能，更好地理解颗粒物在换热通道中的沉积特性对于提高换热器性能至关重要。利用雷诺应力模型（RSM）和离散颗粒模型（DPM）对三维凹凸酒窝通道中颗粒的沉积特性进行了模拟。在网格无关性测试和数值验证之后，对凹凸酒窝通道中的流动结构、二次流、温度分布和颗粒沉积分布进行了分析和研究。研究结果表明，影响颗粒在凹凸酒窝通道中沉积特性的主要机制是重力、热泳力、湍流结构、二次流和颗粒惯性，这些机制的影响随颗粒大小的变化而显著改变。对于小颗粒（dp≤10μm）,凹凸酒窝结构的存在会促进沉积；但对于大颗粒（dp>10μm）,凹凸酒窝结构的存在只会对颗粒沉积位置的分布产生很小的影响。韩尊师, 卢浩, 赵文君, 王泽宇, 肖志博. 凹凸酒窝表面换热管道内颗粒沉积与传热特性的数值模拟研究[J]. 能源环境保护, 2023, 37(5): 201-208. DOI:10.20078/j.eep.20231011.HAN Zunshi, LU Hao, ZHAO Wenjun, WANG Zeyu, XIAO Zhibo. Numerical simulation study of particle deposition and heat transfer characteristics in heat transfer pipes with dimpled dimple surface[J]. Energy Environmental Protection, 2023, 37(5): 201-208. DOI:10.20078/j.eep.20231011.
摘要：
掺烧污泥已成为燃煤电厂能源结构转型的手段之一。本文基于浙江金华宁能热电厂现有燃煤烟气系统，提出在烟道系统增设活性炭喷射净化技术，基于Fluent模拟分析，从单喷口和多喷口的喷射点位置、喷射角度、喷射质量流量三个方面，对烟道中活性炭喷射分布均匀性等进行了数值模拟分析；并通过比较停留时间、扩散效果，分析了不同活性炭喷射方案下的喷射效果；最后，对活性炭喷射系统应用于烟气治理领域的影响及安全性进行了分析。结果表明，相对于单喷口喷射，多喷口喷射的活性炭更加均匀，但成本更高。对于单喷口喷射，当活性炭喷射点位置在烟道水平转垂直的弯头出口截面中心位置处时，扩散效果好，且活性炭停留时间长；当活性炭为顺流喷射、质量流量为10kg/h时具有最高的经济效益。对于多喷口喷射，活性炭质量流量为15kg/h时，活性炭吸附效果较好，但是成本更高。单喷口和多喷口下都应选择顺流喷射，这样扩散面积相对更大，活性炭的扩散效果相对更好，并且在截面中分布相对均匀。活性炭喷射系统应用于烟气治理领域对环境的影响较小，且安全性在可控范围内。袁世震, 郭倩倩, 卢如飞, 邓凯, 陈颖泉, 曹操, 胡艳军. 活性炭喷射吸附在烟气净化中应用的数值模拟分析[J]. 能源环境保护, 2023, 37(6): 89-100. DOI:10.20078/j.eep.20230904.YUAN Shizhen, GUO Qianqian , LU Rufei, DENG Kai, CHEN Yingquan, CAO Cao, HU Yanjun. Numerical simulation analysis of activated carbon injection adsorption in flue gas purification application[J]. Energy Environmental Protection, 2023, 37(6): 89-100. DOI:10.20078/j.eep.20230904.摘要：
针对某12t/d中试生活垃圾炉排炉，采用数值模拟的方法对工业固废掺烧时炉内全场传热传质情况进行了模拟，对焚烧过程中的速度场、温度场及包括CO、NOx、SO2在内的污染物浓度场结果进行了分析。模拟结果表明，无论生活垃圾、工业固废单独焚烧还是两者混合掺烧，炉内速度场分布都相似，床层上部流速较低，整体流线分布均匀；焚烧主燃区都发生在一级炉排上，掺入工业固废使高温区范围扩大且前移，明显提高了炉膛壁面传热系数；掺烧工业固废会使含硫挥发分获得更多与氧发生反应的机会，使其在第一风室内大量生成SO2，而NOx的排放浓度变化不大。另外，在实际焚烧炉进行验证的结果表明掺入工业固废后温度有所上升，未完全燃烧的物料在竖井燃烧，尾气中的SO2浓度略有上升，NOx浓度变化不大，与模拟结果相符。蔡鹏涛, 陈彤, 张光学, 陈贝, 王宇春. 垃圾焚烧炉协同焚烧工业固废的数值模拟研究[J]. 能源环境保护, 2023, 37(6): 119-128. DOI:10.20078/j.eep.20230704.
CAI Pengtao, CHEN Tong, ZHANG Guangxue, CHEN Bei, WANG Yuchun. Numerical simulation study on co-incineration of industrial solid waste in a municipal solid waste incinerator[J]. Energy Environmental Protection, 2023, 37(6): 119-128. DOI:10.20078/j.eep.20230704.摘要：
为优化选择性催化还原(SCR)脱硝反应器的流场，采用了组合优化方案；在反应器入口处设置多孔板，在反应器内部设置渐扩口式、格栅式、弧板式共三种导流板；采用计算流体力学(CFD)进行数值模拟获得反应器内部流场，进行对比研究。研究发现：多孔板孔距与孔径比为1.2时，压降较小且能获得较好的流场均布性能；基于反应器结构特点设计的导流板能获得较好的优化效果；催化剂具有流场均布能力，催化剂多层布置可有效改善第一层之后的床层流场，但同时会增大压降；通过组合导流方案，第一层催化剂床层的流速相对标准偏差(RSD)从7.16%降为2.51%,并改善了湍动能的耗散。研究结果对SCR反应器的导流件设计具有一定指导意义。钟晓城. 基于数值模拟的SCR脱硝反应器流场优化[J]. 能源环境保护, 2023, 37(4): 171-178. DOI:10.20078/j.eep.20230403.ZHONG Xiaocheng. Optimizing flow field of SCR DeNOx reactor based on numerical simulation[J]. Energy Environmental Protection, 2023, 37(4): 171-178. DOI:10.20078/j.eep.20230403.
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编辑｜邵方嫄
审核｜金丽丽
