煤粉气流着火的数学模型

煤粉气流着火的数学模型

与试验研究相比，煤粉气流着火的数学模型发展较快。但由于煤粉气流的着火与燃烧过程是强烈耦合的非线性过程，难以用简单的数学理论描述，因此尽管人们建立了一些数学模型，但仍不十分完善。在所建立的数学模型中，比较典型的有两大类。一类是一维层流无限大平面火焰中着火的数学模型，另一类是煤粉空气射流中的着火模型。

将煤粉气流的流动简化为一维层流，把复杂的流体力学因素排除在外，这样处理起来较简单。文献中这类模型也较多。早期较完整的一维层流火焰中煤粉气流的着火模型是文献提出的。该模型我们在本节“一”中曾作过介绍，其主要缺陷是模型仅考虑了煤粉气流所受的辐射加热。煤粉设备有很多种，比如我们所熟知的煤粉机就是其中比较重要的一种。文献利用这一模型，计算了着火时间与气流进口速度、煤粉浓度、着火温度的关系。文献也采用该模型计算了着火时间，并发现对于高反应性煤计算结果与实验吻合得较好，但对低反应性燃料则小于实验值。这说明简化的辐射理论，由于没有考虑燃烧化学反应的速度而对着火时间较长的低反应性煤不适用。为此，该文作者提出了一个新的计算模型[6 0|。新模型所依据的物理模型仍然是无限大平面火焰，其中颗粒的辐射加热采用无限大平板之间的辐射计算方法，而颗粒的化学反应速度则采用Field的经验公式[61]计算。由于采用了依赖于温度的化学反应速度取代了固定的着火温度，新模型对低反应性燃料着火的模拟与实验吻合较好。Xieu等人在认为煤焦燃烧化学反应受扩散和表面化学反应联合控制的前提下，采用等密度、变粒径的煤焦反应模型取代Field的经验公式，进一步提出了一维煤焦火焰的着火模型，其计算结果与文献中煤焦实验结果吻合较好。陈建原[63]在Smith和Smoot[64]煤粉燃烧和通用模型的基础上，发展了一种一维煤粉气流模型。盛昌栋[32]在Essenhigh等人和Krazinski等人模型的基础上，提出了一种一维平面层流煤粉气流着火的数学模型。模型详细描述了火焰中的辐射传热、煤粉热解、挥发分燃烧和多相化学反应等过程，其计算结果与实验值符合较好。

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