太阳能应用于流化床反应器的流动传热反应耦合模拟研究
太阳能作为一种清洁可再生能源成为走上碳中和净零排放道路的关键，太阳能热利用技术应运而生，其中在太阳能热发电与热化学储能相结合的研究领域应用流化床反应器进行太阳辐射收集和热储存值得探索。在气固多相流中加入辐射过程的机理复杂，目前的研究中考虑在流化床反应器中实现三维模拟太阳能热化学反应的流动传热反应过程的几乎没有，本文将通过三维模拟的方式对太阳能应用于流化床反应器的流动传热反应特性进行相关性的研究，借助计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)，分别对太阳能应用于外部双循环流化床反应器和内循环流化床反应器内的流动、反应、辐射过程进行数值模拟研究。 针对太阳能应用于流化床反应器建立流动传热反应耦合理论模型，基于欧拉-欧拉方法对太阳能应用于流化床反应器中的气固两相流动进行数学建模，辐射源项和流化床反应器内辐射场的相互作用通过离散坐标模型(DiscreteOrdinate,DO)和SolarLoad模型描述，添加外部双循环流化床反应器和内循环流化床反应器内进行的化学反应。 对太阳能应用于外部双循环流化床反应器内流动传热反应耦合过程进行数值模拟，分析了反应器内颗粒及气体产物的分布规律及两个反应器之间的热量传递特征，以及固体循环回路中颗粒的瞬时变化，对比分析了不同辐射通量以及不同进气速度对反应器内流动传热反应耦合特性的影响。得出在辐射通量或进气速度增大时，循环回路颗粒体积分数与颗粒速度会随之增加，随着反应进行气体产物逐渐增加，反应器内颗粒体积分数高的区域固体颗粒温度也相对较高。 对太阳能应用于内循环流化床反应器内流动传热反应耦合过程进行数值模拟研究，分析了反应器内产物的分布规律，对比分析了不同进气速度下的颗粒运动和传热特性。得出进气速度的增加促进了反应器内颗粒的流化与反应，加快了颗粒的再循环，增强了颗粒与气体之间的传热，且颗粒吸收系数随着颗粒体积分数增加而增加。
流化床反应器;太阳能;热化学反应;数值模拟;离散坐标模型
哈尔滨理工大学
硕士
热能工程
陈巨辉
2023
中文
TQ051.13
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）