孔隙率对碳燃烧的影响模拟(附件)【字数：16014】
目前，我国处在社会主义高速发展阶段，正在努力追赶发达国家的脚步，能源行业尤其重要。我国能源呈现多煤少油贫气的分布特点，煤炭在很长一段时间里依旧会是社会主义发展的主要能量来源，拥有极其重要的战略地位，研究表明，煤炭的利用现阶段并没有达到理想的程度，仍存在很大提升空间，燃烧利用率低下不仅会造成煤炭的过度消耗影响持续性发展，还会排放更多的污染物，使环境遭受严重破坏，因而加强碳燃烧影响因素的研究，提高煤炭的利用率，对节约能源，减少污染具有很重要的意义。本文主要从孔隙率的角度研究其对于碳燃烧的影响，首先建立碳燃烧模型，分析模拟碳燃烧所必需的条件，然后通过FLUENT的设置和运行，取得碳燃烧过程中的一系列数据，分析得出燃烧进程加深会促进孔隙率的增大，在同一时间点上，不同位置上孔隙率越大，碳燃烧越剧烈；从燃烧时间上看，孔隙率增大会促进碳燃烧的加剧，然而当碳燃烧到一定程度时，孔隙率继续增大，总的碳燃烧速率反而会有所下降。关键词孔隙率；碳燃烧；仿真模拟
目录
第一章绪论 1
1.1课题来源及研究背景和意义 1
1.1.1我国能源结构 1
1.1.2我国能源生产消耗现状 2
1.1.3研究背景和意义 3
1.2研究现状 3
1.3主要研究内容 5
第二章模拟仿真的原理研究 7
2.1影响碳燃烧的因素 7
2.2 基础模型的确立 7
2.3 CFD模型的基本原理 8
2.4碳的内部热传导 8
2.5碳内部动力学 9
2.6主要化学反应 9
2.7边界条件原理 9
2.8宏的意义描述 10
2.9碳的材料属性和解算策略 10
2.10本章小结 10
第三章 CFD建模求解过程 12
3.1 建立几何结构 12
3.2 网格划分 14
3.3 FLUENT求解计算 19
3.4 本章小结 31
第四章孔隙率对碳燃烧的影响结果分析 32
4.1孔隙率的变化情况 32
4.2孔隙率对碳燃烧过程中的影响 36
4.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
本章小结 43
结论 45
致谢 46
参考文献 47
第一章 绪论
1.1课题来源及研究背景和意义
1.1.1我国能源结构
我国一直是一个富煤贫油少气的国家，一次能源以煤为主[1]，如图11所示，与石油和天然气相比，我国煤炭储量相对丰富，已探明的储量占世界储量的11.60%[2]，2016年9月，国土资源局发布的《中国矿产资源报告》中指出我国煤炭探明量已达到15663.1亿吨，仅次于美国和俄罗斯。但同时，我国是世界第一产煤用煤大国，2016年全国能源生产总量36亿吨标准煤左右[3]，煤炭产量36.5亿吨左右，煤炭消费量34亿吨左右，煤炭消费比重占到了63%，据相关资料预测，即便政府采取积极稳健的利用其他化石能源甚至清洁能源替代煤炭的政策，到2050年，我国的煤炭在能源消费结构中的占比也将在40%以上[4]。图12为近几年我国原煤消耗趋势图，如果以当今世界的能源消耗率和增长量看，今后25年中，如果不改变能源消耗结构，全世界已探明的可开采石油储量将会全部耗尽，与此同时煤的储量还可供使用300年左右，天然气的探明和使用较晚，还可以用七十年左右。
/
图11 中国能源消费结构
/
图12 2000年2014年中国原煤消费量变化
另外，从地域分布和开采难度上看，我国煤炭虽然储量丰富，但勘探搜索的程度低且煤炭埋藏分布十分不均，以地区为例，除上海市以外，其他省、市、自治区均有不同程度的煤炭储量，华北地区的煤炭储量最为丰富[5]，山西和内蒙古的储量便占到了我国总储量的一半，而东部特别是沿海地区[6]，煤炭储量却极少，煤炭需要从中西部地区运至东部，这给煤炭的使用和运输带来了极大负担[7]。
1.1.2我国能源生产消耗现状
同时我国能源消费特点：人均能源消费水平低[8]，作为生活能源消耗的仅为世界平均水平的百分之四十二；产能消耗高，产业能源消耗高，可达到世界平均水平的2.3倍，且能源消耗以煤炭为主。能源消费情况具体如图13。
/
图13 中国能源消费行业比例
2016年我国能源供给侧改革取得了明显的效果。首先，原煤出现了一定的产出下降，全年原煤产量较之上年下降9%，这是已经是连续第三年出现下降。但煤炭进口数量上涨，全年进口煤炭同比增长25.2%。这表示煤炭仍是主要的能量来源，且依赖进口的速度增加。其次，原油产量下降，进口量增长较快，加工量平稳上升，全年产量与进口量之比约为1：2，原油加工量比上年增长了3.6%。最后，天然气产量稳定增长，进口速度加快，产量进口量之比约为2：1。
同时，我国发电结构虽然得到了改善，如图14为我国发电能源结构图示，非化石能源发电比重得到了一定提升，核能发电、风力发电、太阳能发电进一步发展，但火力发电仍是仍占主体地位，是全部发电量比重的71.0%，这也导致了煤炭消耗地进一步加剧。
/
图14 中国发电能源结构
1.1.3研究背景和意义
2016年是国家第十三个五年计划开始之年，而今年2017年是计划初见成效的一年，也是检验计划的重要一年。十三五规划[9]对于能源结构的调整尤为关键，要求推动低碳循环发展，降低碳排放，提高碳的利用效率，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。推动煤炭等化石能源的清洁高效利用，主动控制碳排放，加强高耗能行业能耗管理。
碳的无节制消耗不仅会造成能源危机，影响经济发展；还会造成大气污染，产生更严重的温室效应，这些已经得到了时间的证实。为了响应国家号召，为了环境的修复，建立低碳环保的可持续发展型绿色经济，研究碳燃烧的各方面影响因素，以减少碳的过渡消耗，这对国家发展和社会和谐具有重大意义。
1.2研究现状
碳层颗粒经过热解、燃烧反应的作用会出现很多变化，呈现出一种具有丰富孔隙结构的多孔颗粒。国内外对于单独的碳层研究鲜少有之，但对于同样多孔且类型相似的煤焦研究却比较多，煤焦较之碳层更为复杂多变。煤焦的孔隙结构特征是由煤的化学结构和“热历程”决定的，其特征参数有孔体积，表面积，孔尺寸及微孔表面的分形维数等。影响孔隙结构变化的因素很多，且对燃烧影响较大，是一个很好的课题，所以国内外学者进行了广泛的研究。
目录
第一章绪论 1
1.1课题来源及研究背景和意义 1
1.1.1我国能源结构 1
1.1.2我国能源生产消耗现状 2
1.1.3研究背景和意义 3
1.2研究现状 3
1.3主要研究内容 5
第二章模拟仿真的原理研究 7
2.1影响碳燃烧的因素 7
2.2 基础模型的确立 7
2.3 CFD模型的基本原理 8
2.4碳的内部热传导 8
2.5碳内部动力学 9
2.6主要化学反应 9
2.7边界条件原理 9
2.8宏的意义描述 10
2.9碳的材料属性和解算策略 10
2.10本章小结 10
第三章 CFD建模求解过程 12
3.1 建立几何结构 12
3.2 网格划分 14
3.3 FLUENT求解计算 19
3.4 本章小结 31
第四章孔隙率对碳燃烧的影响结果分析 32
4.1孔隙率的变化情况 32
4.2孔隙率对碳燃烧过程中的影响 36
4.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
本章小结 43
结论 45
致谢 46
参考文献 47
第一章 绪论
1.1课题来源及研究背景和意义
1.1.1我国能源结构
我国一直是一个富煤贫油少气的国家，一次能源以煤为主[1]，如图11所示，与石油和天然气相比，我国煤炭储量相对丰富，已探明的储量占世界储量的11.60%[2]，2016年9月，国土资源局发布的《中国矿产资源报告》中指出我国煤炭探明量已达到15663.1亿吨，仅次于美国和俄罗斯。但同时，我国是世界第一产煤用煤大国，2016年全国能源生产总量36亿吨标准煤左右[3]，煤炭产量36.5亿吨左右，煤炭消费量34亿吨左右，煤炭消费比重占到了63%，据相关资料预测，即便政府采取积极稳健的利用其他化石能源甚至清洁能源替代煤炭的政策，到2050年，我国的煤炭在能源消费结构中的占比也将在40%以上[4]。图12为近几年我国原煤消耗趋势图，如果以当今世界的能源消耗率和增长量看，今后25年中，如果不改变能源消耗结构，全世界已探明的可开采石油储量将会全部耗尽，与此同时煤的储量还可供使用300年左右，天然气的探明和使用较晚，还可以用七十年左右。
/
图11 中国能源消费结构
/
图12 2000年2014年中国原煤消费量变化
另外，从地域分布和开采难度上看，我国煤炭虽然储量丰富，但勘探搜索的程度低且煤炭埋藏分布十分不均，以地区为例，除上海市以外，其他省、市、自治区均有不同程度的煤炭储量，华北地区的煤炭储量最为丰富[5]，山西和内蒙古的储量便占到了我国总储量的一半，而东部特别是沿海地区[6]，煤炭储量却极少，煤炭需要从中西部地区运至东部，这给煤炭的使用和运输带来了极大负担[7]。
1.1.2我国能源生产消耗现状
同时我国能源消费特点：人均能源消费水平低[8]，作为生活能源消耗的仅为世界平均水平的百分之四十二；产能消耗高，产业能源消耗高，可达到世界平均水平的2.3倍，且能源消耗以煤炭为主。能源消费情况具体如图13。
/
图13 中国能源消费行业比例
2016年我国能源供给侧改革取得了明显的效果。首先，原煤出现了一定的产出下降，全年原煤产量较之上年下降9%，这是已经是连续第三年出现下降。但煤炭进口数量上涨，全年进口煤炭同比增长25.2%。这表示煤炭仍是主要的能量来源，且依赖进口的速度增加。其次，原油产量下降，进口量增长较快，加工量平稳上升，全年产量与进口量之比约为1：2，原油加工量比上年增长了3.6%。最后，天然气产量稳定增长，进口速度加快，产量进口量之比约为2：1。
同时，我国发电结构虽然得到了改善，如图14为我国发电能源结构图示，非化石能源发电比重得到了一定提升，核能发电、风力发电、太阳能发电进一步发展，但火力发电仍是仍占主体地位，是全部发电量比重的71.0%，这也导致了煤炭消耗地进一步加剧。
/
图14 中国发电能源结构
1.1.3研究背景和意义
2016年是国家第十三个五年计划开始之年，而今年2017年是计划初见成效的一年，也是检验计划的重要一年。十三五规划[9]对于能源结构的调整尤为关键，要求推动低碳循环发展，降低碳排放，提高碳的利用效率，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。推动煤炭等化石能源的清洁高效利用，主动控制碳排放，加强高耗能行业能耗管理。
碳的无节制消耗不仅会造成能源危机，影响经济发展；还会造成大气污染，产生更严重的温室效应，这些已经得到了时间的证实。为了响应国家号召，为了环境的修复，建立低碳环保的可持续发展型绿色经济，研究碳燃烧的各方面影响因素，以减少碳的过渡消耗，这对国家发展和社会和谐具有重大意义。
1.2研究现状
碳层颗粒经过热解、燃烧反应的作用会出现很多变化，呈现出一种具有丰富孔隙结构的多孔颗粒。国内外对于单独的碳层研究鲜少有之，但对于同样多孔且类型相似的煤焦研究却比较多，煤焦较之碳层更为复杂多变。煤焦的孔隙结构特征是由煤的化学结构和“热历程”决定的，其特征参数有孔体积，表面积，孔尺寸及微孔表面的分形维数等。影响孔隙结构变化的因素很多，且对燃烧影响较大，是一个很好的课题，所以国内外学者进行了广泛的研究。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jtgc/cbyhy/31.html
