煤粉氣流著火的數(shù)學(xué)模型

與試驗研究相比，煤粉氣流著火的數(shù)學(xué)模型發(fā)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(shù)學(xué)理論描述，因此盡管人們建立了一些數(shù)學(xué)模型，但仍不十分完善。在所建立的數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)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(fù)雜的流體力學(xué)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(jié)“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(shè)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(guān)系。文獻也采用該模型計算了著火時間，并發(fā)現(xiàn)對于高反應(yīng)性煤計算結(jié)果與實驗吻合得較好，但對低反應(yīng)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(xué)反應(yīng)的速度而對著火時間較長的低反應(yīng)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(jù)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(xué)反應(yīng)速度則采用Field的經(jīng)驗公式[61]計算。由于采用了依賴于溫度的化學(xué)反應(yīng)速度取代了固定的著火溫度，新模型對低反應(yīng)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(xué)反應(yīng)受擴散和表面化學(xué)反應(yīng)聯(lián)合控制的前提下，采用等密度、變粒徑的煤焦反應(yīng)模型取代Field的經(jīng)驗公式，進一步提出了一維煤焦火焰的著火模型，其計算結(jié)果與文獻中煤焦實驗結(jié)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(chǔ)上，發(fā)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(chǔ)上，提出了一種一維平面層流煤粉氣流著火的數(shù)學(xué)模型。模型詳細描述了火焰中的輻射傳熱、煤粉熱解、揮發(fā)分燃燒和多相化學(xué)反應(yīng)等過程，其計算結(jié)果與實驗值符合較好。

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