为准确描述下降管反应器内生物质颗粒与高温陶瓷球之间的瞬态传热与热解行为,该研究提出了一种基于分布活化能模型(distributed activation energy model,DAEM)的多物理场耦合数值模型。该模型在颗粒能量平衡框架下,引入接触导热、气膜...为准确描述下降管反应器内生物质颗粒与高温陶瓷球之间的瞬态传热与热解行为,该研究提出了一种基于分布活化能模型(distributed activation energy model,DAEM)的多物理场耦合数值模型。该模型在颗粒能量平衡框架下,引入接触导热、气膜导热、对流与辐射多种传热机制,并与质量转化过程和活化能分布特征相耦合,建立了用于描述生物质快速热解过程的常微分方程模型。基于热重分析试验数据,对高斯、洛伦兹及逻辑斯谛3种活化能分布函数进行了参数反演与对比分析。结果表明,洛伦兹分布能够更准确地再现试验热重曲线,其平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为0.0116和0.0138。数值模拟结果显示,生物质颗粒在初始阶段经历了极高的升温速率(峰值达到2.14×10^(3)℃/s),但热解反应相对于温度演化存在明显的动力学滞后特征。传热机制分析表明,对流与导热在整个热解过程中占主导地位,而在高温阶段辐射传热的贡献不可忽略。参数敏感性分析进一步揭示,陶瓷球温度和生物质颗粒粒径对热解效率具有显著影响,反应焓和颗粒碰撞概率次之,而辐射视角因子的影响相对有限。研究结果表明,在传热条件充分的快速热解工况下,过程控制机理由传热受限逐渐转变为化学反应动力学受限。研究为深入理解下降管反应器内多物理场耦合热解行为特征及反应器结构与工艺参数优化提供了理论依据和数据支持。展开更多
文摘为准确描述下降管反应器内生物质颗粒与高温陶瓷球之间的瞬态传热与热解行为,该研究提出了一种基于分布活化能模型(distributed activation energy model,DAEM)的多物理场耦合数值模型。该模型在颗粒能量平衡框架下,引入接触导热、气膜导热、对流与辐射多种传热机制,并与质量转化过程和活化能分布特征相耦合,建立了用于描述生物质快速热解过程的常微分方程模型。基于热重分析试验数据,对高斯、洛伦兹及逻辑斯谛3种活化能分布函数进行了参数反演与对比分析。结果表明,洛伦兹分布能够更准确地再现试验热重曲线,其平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为0.0116和0.0138。数值模拟结果显示,生物质颗粒在初始阶段经历了极高的升温速率(峰值达到2.14×10^(3)℃/s),但热解反应相对于温度演化存在明显的动力学滞后特征。传热机制分析表明,对流与导热在整个热解过程中占主导地位,而在高温阶段辐射传热的贡献不可忽略。参数敏感性分析进一步揭示,陶瓷球温度和生物质颗粒粒径对热解效率具有显著影响,反应焓和颗粒碰撞概率次之,而辐射视角因子的影响相对有限。研究结果表明,在传热条件充分的快速热解工况下,过程控制机理由传热受限逐渐转变为化学反应动力学受限。研究为深入理解下降管反应器内多物理场耦合热解行为特征及反应器结构与工艺参数优化提供了理论依据和数据支持。
