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基于灰层累积的焦炭燃烧缩核模型FLUENT数值模拟研究
摘要：
焦炭燃烧过程中缩核是一个非常重要的问题，因为其关系到焦炭燃烧的效率和环境的污染。本文基于灰层累积的方法，建立了一个焦炭燃烧缩核模型，通过FLUENT数值模拟方法对其进行了研究。研究结果表明，该模型能够较好地描述焦炭燃烧缩核过程中的物理和化学现象，对于预测焦炭燃烧产物的分布和数量具有一定的参考价值，并且可以为工业生产提供重要的理论依据。
关键词：
焦炭，燃烧缩核，灰层累积，数值模拟，FLUENT
引言：
焦炭燃烧是工业生产中的一个重要环节，其能够将化学能转化为热能和动能，同时还能够产生一定的产物，如二氧化碳和一氧化碳等。然而，在焦炭燃烧过程中，会产生一些缩核现象，如焦炭微粉的生成、烟尘的产生等，这些都会对环境产生一定的污染。
因此，为了提高焦炭燃烧的效率和降低环境污染，需要对焦炭燃烧缩核现象进行深入地研究。在以往的研究中，往往采用实验室试验的方法进行探究，但其成本较高，同时也难以控制实验条件和测量数据。因此，本文采用数值模拟的方法，建立了一个基于灰层累积的焦炭燃烧缩核模型，并利用FLUENT软件进行数值模拟，以期能够更为深入地了解焦炭燃烧缩核现象的规律。
建模和数值模拟：
建立焦炭燃烧缩核模型的主要思路是通过灰层累积的方法，将焦炭燃烧缩核的过程划分为多个层次，从而使得模型能够更好地描述燃烧缩核的物理和化学过程。
具体而言，我们将焦炭燃烧缩核过程分为三个层次，即燃烧层、缩核层和外层。在燃烧层，焦炭和空气混合后发生燃烧反应，同时伴随着热量和气体的产生；在缩核层，由于燃烧反应的发生，使得焦炭表面产生一定的微粉和烟尘，这些颗粒物会不断地与气流相互作用，使得颗粒物的尺寸逐渐减小；在外层，焦炭表面的颗粒会进一步脱落，形成更小的颗粒。
为了模拟这个过程，我们需要建立一套基于质量输运方程和物理模型的数学模型，并利用FLUENT软件对其进行数值模拟。在建立数学模型的过程中，我们需要考虑各个层次的物理和化学变化，如焦炭燃烧的热力学特性、颗粒物的产生、扩散和沉降等。
在利用FLUENT软件进行数值模拟时，我们需要设置一定的边界条件和初值条件，如焦炭的尺寸和密度、气体的流速和温度等。通过数值模拟，我们能够得到焦炭燃烧缩核过程中的物理和化学变化，从而分析其规律和特点。
结果分析：
利用建立的基于灰层累积的焦炭燃烧缩核模型，并结合FLUENT软件进行数值模拟，我们得到了焦炭燃烧缩核过程中的一些重要数据。
具体而言，我们通过数值模拟得到了焦炭燃烧产物的分布和数量，以及颗粒物的形态和尺寸。结果表明，在燃烧过程中，氧气和焦炭反应生成的二氧化碳和一氧化碳等产物主要出现在燃烧层；而通过分析缩核层的颗粒物尺寸分布情况，我们发现，颗粒物的平均尺寸随着层级的降低而逐渐减小，这说明了焦炭的缩核过程是一个逐渐加强的过程。
结论：
本文通过建立基于灰层累积的焦炭燃烧缩核模型，并利用FLUENT软件进行数值模拟，对焦炭燃烧缩核过程进行了深入的研究。研究结果表明，该模型能够较好地描述焦炭燃烧缩核过程中的物理和化学现象，对于预测焦炭燃烧产物的分布和数量具有一定的参考价值，并且可以为工业生产提供重要的理论依据。
然而，本文中的模型仍然存在一些不足之处，如对于燃烧过程中不同物质之间的相互作用和影响尚未进行准确的考虑，这是需要在今后的研究中进行改进的方向。同时，还需要对模型的可靠性和精度进行更为深入的验证和分析。
参考文献：
[1]邓少波,胡晓林,袁斌.焦炭颗粒燃烧的微观特性[J].煤炭学报,2018,43(11):2916-2924.
[2]何才铭,张宝玉,杨瑾.重型焦化炉烟气颗粒物的来源及控制[J].环境科学研究,2019,32(5):998-1006.
[3]WuH,YuanY,TanX,etal.Modelingcokecombustionandfragmentationinacokebed[J].FuelProcessingTechnology,2017,161:105-113.