细长颗粒流化运动的数值研究是一项重要课题,尤其在循环流化床秸秆燃烧发电过程中,秸秆流化特性会直接影响锅炉的性能。秸秆作为细长颗粒,在流化床内燃烧发电与传统煤颗粒流化特性有显著不同,因长径比大、形状细长的特点,其颗粒运动模型的建立和颗粒流化特性的研究显得尤为重要。
在进行细长颗粒流化运动的数值研究时,首先需要考虑的是颗粒的形状特征。由于秸秆颗粒细长,需沿其长度方向进行离散化处理,分别计算各个离散段在气流场中的受力情况。这种处理方式有助于建立一个更接近实际的细长颗粒运动数学模型。建立模型的过程中,需要对颗粒与墙壁之间的碰撞行为进行模拟,因此碰撞模型的开发和应用至关重要。
数值模拟方面,利用欧拉—拉格朗日方法计算追踪气流场中颗粒的运动是一种常用的技术。该方法可以准确地模拟出细长颗粒在气相场中的运动特征,揭示颗粒在运动过程中的空间倾角和取向性规律。实验证明,数值模拟结果与实验观测结果相符合,这验证了数学模型和计算方法的可靠性。
研究中也指出了影响细长颗粒计算稳定性和精度的关键因素。例如,细长颗粒在长度方向上的气流场速度分布比较敏感,这就要求在进行气相场网格划分时对网格尺度有较高要求,以保证计算精度。同时,细长颗粒的离散程度也对计算精度有显著影响,过于粗略的离散化可能无法准确捕捉颗粒运动的细节。
在细长颗粒流化运动研究中,前言部分提到的生物质能秸秆发电技术的开发和应用是一个全球性的研究热点。许多国家都将其视为发展可再生能源战略的重点工程。在我国,随着新能源和可再生能源发展纲要目标的提出,生物质能发电被寄予厚望。到2010年,我国生物质能发电装机容量的目标是超过300万kW。利用秸秆发电不仅具有广阔的运用前景,而且秸秆资源的丰富性也为这一目标提供了物质基础。
秸秆发电技术中,循环流化床秸秆燃烧技术被广泛采用。由于我国秸秆发电起步较晚,相关研究较少,因此深入研究秸秆与煤颗粒在流化特性上的差异显得尤为重要。球形颗粒的平动过程研究较为成熟,但真实的颗粒运动状态通常是平动伴随着转动,而细长颗粒在流化床内的运动规律与球形颗粒相比更为复杂,需要特别考虑长径比大和形状细长的特性对流化行为的影响。
在研究秸秆这类细长颗粒的流化运动特性时,除了数值模拟,实验观测也是必不可少的验证手段。通过实验数据与数值模拟结果的对比,可以优化数学模型和算法,确保模拟结果的准确性,为进一步改进锅炉设计和提高发电效率提供理论支持和数据支撑。