热解炉内尿素溶液雾化分解的数值模拟

1、热解炉内尿素溶液雾化分解的数值模拟周子鹏，赵红霞，韩吉田（山东大学能源与动力工程学院制冷与低温工程系，济南 250061）510152025303540摘要：基于 fluent 平台，对热解炉内尿素溶液雾化、液滴与烟气的混合过程进行了数值模拟研究。模拟结果表明，在溶液流量一定的前提下，液滴喷射速度的增大可以加速液滴蒸发，增大液滴的有效贯穿距离，有利于不同气体组分的混合，但是强烈的扩散降低了反应物浓度不利于化学反应的进行，产生的回流抑制了氨气向出口的流动；液滴粒径的增大可以延长蒸发时间但降低了蒸发速率。随液滴粒径的增大，液滴穿透距离增大，液滴轨迹延长至反应区域中心，增强了混合的均匀性，但是蒸发速

2、率的降低延缓了化学反应的进行，降低了氨气的产量。关键词：尿素溶液；雾化；热解；数值模拟中图分类号：x701the simulation on atomization and pyrolysis of urea solutionin pyrolyzing furnacezhou zipeng, zhao hongxia, han jitian(department of refrigeration and cryogenics, school of power and energy, shandong university,jinan 250061)abstract: in this paper

3、 the simulation on the process of urea solution spray and droplet-gas mixingin pyrolysis furnace is carried out based on fluent platform.the simulation results show thatwhen the the solution flow retains a certain value, the increase of liquid injection speed canaccelerate the droplet evaporation, i

4、ncreases the spray droplet effective penetration distance and behelpful for the mixting of different gas composition. but strong diffusion reduces the reactantconcentration and suppress the chemical reaction. the backflow resulted from the diffusion stopsthe ammonia from flowing to the outlet. the i

5、ncrease of the droplet size can extend theevaporation time but decrease the evaproation rate. along with the increase of the droplet size, thepenetration distance increases so that the droplet track extend to the reaction regional center,which enhances the mixed uniformity. however, the reduction of

6、 evaporation rate delays thechemical reaction and reduce the ammonia output.keywords: urea soltion; atomzation; pyrolysis; simulation0 引言nox 排放日益成为一个迫切需要解决的社会问题。电站锅炉排放 nox 占大气污染的重要部分,已经成为固定的大气污染源。目前脱除烟气中氮氧化物方法主要包括选择性催化还原(scr)和选择性非催化还原(sncr)。选择性催化还原( scr) 技术因其脱硝效率高、无二次污染, 故被世界上 80% 以上的烟气脱硝系统所采用1。scr

7、系统流程中脱硝还原剂的制备是一个十分重要的环节。鉴于还原剂的安全因素，尿素已经越来越多的作为液氨和氨水的替代产品，广泛的应用于烟气脱硝工程。但是尿素热解法制氨也容易出现故障，比如热解炉尾部积物导致制氨量不足等等2。关于这方面国内已经有了类似的研究，但大多是研究了尿素溶液喷射到炉膛内热解并与 no 进行化学反应脱硝的整体过程，目前尚没有对尿素溶液在热解炉内的热解化学反应和喷淋液滴的蒸发扩散过程进行详细研究，没有对热解炉内的气体混合情况和制氨效率进行预测。王海涛3等运用 fluent 计算软件模拟了液滴在高温气流中作者简介：周子鹏，（1987-），男，硕士研究生，新能源与清洁能源方面。通信联系人：

8、赵红霞，（1977-），女，副教授，强化传热与可再生能源的利用。 e-mail:-1-蒸发扩散过程，研究了气流流速、气流温度、液滴喷射速度、液滴喷射量以及液滴雾化粒径45505560等因素对液滴蒸发和扩散规律的影响。陈镇超4等利用 cfd 软件平台 ,采用数值模拟方法对喷入 100 mw 机组四角切圆煤粉锅炉的雾化颗粒运动轨迹进行了研究,得出在 25m/s 速度下最佳喷入雾化粒径在 0.30.5mm 之间。王智化5等对喷射的尿素溶液液滴与烟气的混合过程进行数值模拟研究，同时探讨这一混合特性对脱硝率的影响。杨卫娟6等进行了对尿素掺杂不同金属氧化物热

9、解制取氨气的实验研究，比较了不同氧化物作为床料催化尿素水解制取氨气的性能。李芳芳7等对选择性非催化还原脱硝过程进行模拟计算，通过与试验结果的比较，验证了建立的数学模型和计算方法，并研究了在不同的温度、氨氮摩尔比条件下，喷射尿素溶液对脱硝效率和漏失氨的影响。本文进行的研究主要是对热解炉内尿素溶液热解化学反应过程和喷淋液滴的蒸发扩散过程，并不涉及之后进行的脱硝化学反应，其主要目的在于优化热解炉内的气体混合情况，提高出口的氨流量。本文建立了包含还原剂的喷射及其液滴的蒸发、湍流混合、热传递等过程的数学模型，计算了液滴喷射速度、液滴粒径和温度场分布对混合程度的影响，得出了制氨量的变化趋势和分布情况，为进

10、一步模拟工程实际 sncr 过程的研究提供理论指导。1 计算对象和网格划分热解炉装置采用圆柱形布置，如图 1 所示。热解段直径为 2438mm，从烟气入口到热解装置出口整体高度为 14480mm，热解段部分高度为 6237mm，尿素溶液喷射层布置在热解段上部，沿周向平均分布 6 个喷枪，喷枪的布置形式如图 2 所示。本文按照热解炉实际尺寸在 gambit 中建立模型。整个计算区域采用四面体网格，间距5mm,，对尿素喷射区域进行局部加密，进而生成体网格，计算域约 345000 网格，尿素喷入装置由于尺寸相对热解炉尺寸很小，简化成点处理。65图 1 几何模型示意图fig.1 geometric m

11、odel diagram2 模型选择与设定图 2 喷枪布置形式示意图fig.2 nozzle arrangement diagram70对于热解炉内的尿素溶液雾化热解过程的模拟工作涉及到湍流流动、气液两相流、传热传质、液滴蒸发挥发、化学反应动力学等多方面的知识内容，是一个极其复杂的物理、化学-2-过程。本文采用基本质量、动量和能量守恒方程、rng k-双方程湍流模型、p1 辐射模型、随机轨道模型等对不包括化学反应在内的两相流基本过程进行求解，液滴雾化蒸发采用喷嘴模型模拟，化学反应采用物质输运及反应方程模型模拟。7580852.1 湍流模型高温烟气流动和溶液喷射所产生的气相流动是强烈的湍流。本文

12、采用了 rng k-模型，是对标准 k-湍流模型的进一步改善，包含了浮力产生/消耗项、有效速度模型、漩涡修正因子和 prandtl 反面影响因子，可以更精确计算有效雷诺数(涡漩尺度)对湍流输运的影响，对低雷诺数和近壁处的流动也有较好的预测效果2.2 辐射传热模型辐射是能量传递的一种形式，特别是在燃烧系统中，辐射过程更是一种重要的传热方式。对于热解炉内高达 650的高温烟气来说，辐射换热是不容忽视的，辐射对其他参数的影响主要体现在能量方程中的代表辐射换热的源项。对于炉内辐射换热的计算，本文根据光学深度(l) 选择了简单实用的 p-1 辐射模型,p-1 辐射模型是 p-n 模型中最简单的类型。p-

13、n 模型的出发点是把辐射强度展开成为正交的球谐函数，且出于简化仅使用了展开式的前 4 项，同时考虑到颗粒相与气相之间的辐射，得到的能量方程源项计算式如下： q rad = 4 a(t 4 / ) + e p + (a + a p )g（1）式中，e p 为颗粒的等效辐射，a 和 ap 为气体和颗粒的等效吸收系数，g 为入射强度。90951002.3 离散相模型对于尿素液滴、烟气的两相流动，本文采用的是离散相模型 dpm（discrete phasemodel），即在拉格朗日坐标系下处理液滴相，在欧拉坐标系处理气相。由于对液体的喷射来说，无论是颗粒的喷射角度还是其喷出时间都是随机分布的，因此本文

14、认为液滴在炉内的运动符合随机轨道模型，并耦合了两相间的相互作用，在沿着颗粒轨道的积分计算过程中，计算颗粒轨道方程中的流体速度为瞬时速度。由于混合过程中液滴不断接受辐射热而蒸发，因此必须考虑液滴颗粒与辐射之间的相互作用和离散相与连续相的传热传质耦合计算。2.4 化学反应机理尿素溶液的质量分数为 55%，同时需保持 50的温度来防止结晶。50的尿素溶液被喷入热解炉中进行热解反应，尿素溶液的小液滴主要在 315到 538之间的温度下进行热解反应同时伴随着蒸发。烟气加热使尿素溶液分解主要反应为：co(nh2)2(aq) + h2o(l)2nh3(g) +co2(g)该反应速率常数为 k= 9925ex

15、p(-20980)(cal/mol)/rt8（2）尿素即开始分解，在 300速率非常快，尿素分解反应已基本完全9。因此，本文采用的化105反应活化能 e r =8.78107 jkmol-1。尿素的热解属于吸热反应，但是在 fluent 物性材料中只存在气态尿素，而本模拟中尿素发生反应的状态应为溶液态，因此为保证化学反应反应热的准确性，应对反应物和生成物的标准焓进行确认修改。-3-。有水的环境下在 130以上时学反应动力学参数如下：指数前因子 a r =6.131010m3s -1k- kmol-1；温度指数=0；2.5 物质输运及反应模型110尿素热解和水解的化学反应采用湍流涡耗散概念(ed

16、c)模型进行模拟。它是基于化学反应发生在不连续的湍动能耗散区这样的物理假定而发展起来的，能在湍流反应流动中合并详细的化学反应机理。edc 模型模拟化学反应时，其基本思想是假定反应发生在小的湍流结构中，此结构称为良好尺度10。良好尺度的容积比率按下式模拟：2 k 34（3）115式中：c 为容积比率常数，取 2.1377；为运动黏度。此模型认为物质在好的结构中，1 2过时间尺度后开始进行，其反应速率受阿尔尼乌斯方程控制，反应的前向速率常数可以通过阿尔尼乌斯公式计算得到：k f ,r = ar t exp( e r rt )（4）120125130式中：a r 为指数前因子；为温度指数；e r 为

17、反应活化能；r 为气体常数。2.6 还原剂喷射模型对于还原剂喷射雾化所采用的实际喷嘴模型的选择，由于目前喷嘴的雾化机理尚未明确，且雾化过程涉及射流等非稳态复杂计算，至今仍未能建立出通用性较好且又能够较为准确的描述该过程的数学模型。衡量雾化质量的主要指标有雾化粒度、雾化均匀度、雾化角和流量密度等。因此，为简化计算设定喷嘴为 solid cone 类型,喷射初始速度为为 15，25，35，45m/s，液滴粒径范围为 50-120，120-240，100-500，300-700um,服从 rosin-rammler 分布，索特尔平均粒径为 60，180，300，500m，喷射雾化角为 24流量密度根

18、据边界条件确定。本文研究的尿素溶液浓度为 55%，尿素浓度较高，此时在处理溶液雾化蒸发时，不能完全近似为纯水的喷射蒸发，因此本文将尿素溶液按照纯尿素和纯水的流量分为两部分进行喷射，采用在同一坐标处同时设置两个喷嘴分别喷射尿素和水，因 fluent 中雾化蒸发设定中只存在纯净物，因此喷淋的液滴都近似为水滴，而蒸发的产物则分别设定为水和尿素。对于雾化后液滴蒸发过程的计算，主要是通过对液滴的加热、蒸发、沸腾过程的模拟来分别考虑。其中加热过程使用一个简单的热平衡方程来关联液滴温度 tp（t）与液滴表面的对流传热：135m p c pdt pdt= ha p (t - t p )+ p a p r -

19、tp)（5）式中，mp 为液滴质量，kg； cp 为液滴比热 j/(kgk)； ap 为液滴表面积，m2；t 为连续相的当地温度；k，h 为对流换热系数，w/(m2k)；为斯特芬波尔兹曼常数，5.67-8 2 4 g 4 1 4；t是连续相温度，k。在这个方程中只有 h 是未知的，而通过 nu 数的求解则可以解决这个问题。140对于蒸发过程，液滴的蒸发量由梯度扩散确定，即从液滴向气相中的扩散率与液滴和气流主流之间的蒸汽浓度梯度相关联11：n i = k c (ci, s - ci, )（6）式中，ni 为蒸气的摩尔流率，kg mol/(m2s)；kc 为传质系数，m/s；ci,s 为液滴表面的

20、蒸汽浓度，kg mol/m3；ci,为气相主流的蒸汽浓度，kg mol/m3。其中传质系数 kc 可以-4- 经过一个时间尺度 * = c ( ) 后开始反应。其中 c 为时间尺度常数为 0.4082。反应经( 4 410 w/(m k )；p 是颗粒的发射率；r 是辐射温度， 145通过舍伍德关系式求出。求出蒸汽的摩尔流率后，即可通过下式得出液滴的蒸发量。dm pdt= -n i a p m ,i式中，m，i 是 i 组分的摩尔质量，kg/kmol；mp 是液滴质量，kg；ap 是液滴表面积，2液滴的温度及所需要从烟气中吸收的热量：150m pc pdtpdt= hap (t - tp )

21、+dm pdth fg + p ap r - tp)（7）式中：cp 为液滴的定压比热，j/(kgk)；tp 为液滴的温度，k；h 为对流传热系数，w/(m2k)；t为连续相温度，k；hfg 为气化潜热，j/kg；dmp /dt 为蒸发速率，kg/s。将通过传质过程计算得到的液滴蒸发率，代入到液滴的传热过程就可以得到液滴的温度以及气相的温度分布。155沸腾阶段对于气相（连续相）来说液滴蒸发所需要的热量作为一个（负）源项作用到其能量方程中去。液滴蒸发之后就变成连续相进入气流主流中。可以按照下式来计算-dm pdth fg = ha p (t - t p )+ p a p ( r - tp)（8）

22、对于此过程中液滴的碰撞和破碎由于无法给出定量的数学描述，因而忽略了液滴之间的聚合和相互作用。对于 fluent 中的液滴蒸发沸腾模型均需要指定相关的参数，比如蒸发160165170开始温度、沸点温度、饱和蒸汽压，这是进行蒸发沸腾模拟的关键参数。水的蒸发每时每刻都在进行，只是存在蒸发量的区别，所以，将蒸发开始温度设定为室温 293k，而在标准大气压下沸点温度为 373k，对于饱和蒸汽压来说，由于缺乏足够的实验数据，本文近似采用不同温度下水的饱和蒸汽压进行多项式拟合出饱和蒸汽压随温度变化的关系式。2.7 边界条件根据给定的运行条件，通过热解室的烟气流量为 5917m3/h，入口温度为 650，尿素

23、溶液的浓度为 55%，喷射时溶液温度为 50，尿素溶液的流量为 858kg/h，其中干尿素流量为472kg/h。入口烟气成分如下表 1 所示。入口设定为速度入口，出口为压力出口，热解炉壁面设定为绝热边界，对离散相设定为 reflect。表 1 入口烟气成分tab.1 inlet flue gas composition烟气成分co2o2n2h2o单位vol%vol%vol%vol%体积分数13.9413.28474.3198.4563 计算结果分析3.1 炉内气体流动情况175-5-m 。根据传质计算得到液滴的蒸发量(或蒸发率)，然后代入液滴的传热计算方程即可求解出( 4 44 4图 3 喷射

24、速度 25m/s 雾化粒径 60m 速度矢量图fig.3 vector of spray velocity 25m/s,diameter 60m图 4 喷射速度 45m/s 雾化粒径 60m 速度矢量图fig.4 vector of spray velocity 45m/s,diameter 60m180图 5 喷射速度 25m/s 雾化粒径 180m 速度矢量图图 6 喷射速度 25m/s 雾化粒径 500m 速度矢量图fig.5 vector of spray velocity 25m/s,diameter 180m fig.6vector of spray velocity 25m/s,

25、diameter 500m图 3-6 给出的是不同喷射速度和雾化粒径下热解炉纵剖截面的速度矢量示意图。从中可185190以看出，图 3 中反应区域内主要形成了两个漩涡回流区，分别在喷枪附近和反应区中部，回流区的存在一方面可以延长尿素液滴在反应区域的停留时间，促进反应进行的程度，增强烟气的混合程度，另一方面导致液滴被局限在某些区域内，而生成的氨气也无法顺利的随主流烟气排出，导致出口处氨气浓度降低。如图 4 中所示，由于喷射初速度较大，反应区域内形成了多个漩涡回流区，包括热解炉出口也存在回流区，大量回流区的存在导致扩散混合大大增强，而整个区域内反应物浓度降低，不利于反应的进行，而且生成的氨气被大量

26、的回流区域阻滞，不能顺利的到达出口，导致氨气含量降低。而图 5 和 6 中，由于液滴粒径较大，在反应区域中央形成了一个较大的回流区，但是由于回流区域内速度较小，在整个区域内缓慢循环，产生的氨气被阻滞在反应区域中央无法到达热解炉出口，热解炉上部的氨气含量低于-6-下部；而且由于回流区域较少，产生了多个流动死区，导致死区内氨气无法排出，浓度很高。1953.2 炉内的温度分布图 7 喷射速度 25m/s 雾化粒径 60m 温度分布图fig.7temperature distribution of 25m/s and 60m图 8 喷射速度 45m/s 雾化粒径 60m 温度分布图fig.8 temp

27、erature distribution of 45m/s and 60m200图 9 喷射速度 25m/s 雾化粒径 180m 温度分布图图 10 喷射速度 25m/s 雾化粒径 500m 温度分布图fig.9 temperature distribution of 25m/s and 180m fig.10temperature distribution of 25m/s and 500m图 7-10 所示为不同喷射速度、不同雾化粒径下热解炉内的温度场分布。通过对比可以看出高温烟气在进入热解反应区域前温度基本不变，而在热解反应区域内由于化学反应和液205210滴蒸发吸热产生了较大幅度的降温

28、，由于液滴喷射速度和和雾化粒径的不同形成了不同的温度梯度。液滴喷射初速度为 45m/s 时，液滴轨迹延长，液滴大量进入喷枪下方区域，并形成了大量的漩涡，加速了反应物的混合扩散过程，导致整个区域内反应物浓度降低，化学反应速率降低，吸热量减小，整体温度场与 25m/s 相比温度升高，但温度梯度较多。对比不同雾化粒径的温度分布，随液滴雾化粒径的增大，降温幅度减小，吸热量降低。但由于流动情况大致相同，其低温区域大致相同。由于液滴粒径增大，同时蒸发时间所需延-7-长，蒸发效率降低，蒸发吸热减少，产生出的反应物浓度较低，化学反应受到抑制，导致化学反应吸热减少。小粒径时液滴集中在喷枪附近区域，反应物浓度最大

29、，因此低温区域一般出现在喷枪附近；而粒径增大，液滴开始逐渐向喷枪下方区域移动，低温区域也逐渐向下方扩散。2153.3 炉内的 nh3 分布图 11 喷射速度 25m/s 雾化粒径 60m 氨气分布图fig.11 ammonia distribution of 25m/s and 60m图 12 喷射速度 45m/s 雾化粒径 60m 氨气分布图fig.12ammonia distribution of 45m/s and 60m220图 13 喷射速度 25m/s 雾化粒径 180m 氨气分布图fig.13 ammonia distribution of 25m/s and 180m图 14

30、喷射速度 25m/s 雾化粒径 500m 氨气分布图fig.14 ammonia distribution of 25m/s and 500m图 11-14 给出的是不同喷射速度和雾化粒径情况下热解炉内氨气的分布情况。从图 11可以看出氨气的整体分布情况比较均匀，低浓度区域均出现在反应区下部近壁面区域，但也225有少数区域浓度较高，存在流动死区。从图 12 中可以看出，喷射速率增大后氨气的浓度反而降低了，这应该与化学反应速率有关，由于喷射速率增大形成了大量的漩涡使得烟气的混-8-合情况良好，极少出现流动死区。从图 13 和 14 中可以看出，当液滴粒径增大，氨气的浓度降低，反应区域氨气浓度较高

31、而出口浓度较低，而且由于产生的漩涡在反应区域中央，氨气的整体分布不均匀产生在边缘区域产生了较为严重的流动死区。2303.4 液滴喷射速度的影响表 2 不同液滴喷射速度对各种参数的影响tab.2 the effect of different droplet spray velocity to various parameters喷射速度 / m/s出口 nh3 体积浓度出口温度 / k平均停留时间/ s平均贯穿距离/ m/%152535453.32 526. 1.3 1.773.39 530 1.1 1.893.04 551 0.8 1.793.23 553 0.8 2.05表 2 中给出的是

32、不同的液滴喷射速度对各种参数的影响。随喷射速度的增大，出口氨气235240245浓度在 25m/s 时达到最大值，烟气出口温度呈逐渐升高趋势，平均停留时间逐渐降低，平均贯穿距离逐渐增大。影响氨气浓度的因素主要是烟气的混合流动情况和液滴化学反应情况。喷射速率的增大，液滴与高温烟气的对流换热情况加强，蒸发更加强烈，液滴的平均停留时间缩短，同时液滴初速度增大导致轨迹变长，贯穿距离增大进入喷射下方区域。从矢量图上可以看出，喷射速率越大，在热解反应区中央形成的的漩涡越多，强度越大，严重的影响了主流烟气的上升，降低了主流烟气速度，液滴蒸发后形成的尿素和水蒸气在漩涡的作用下迅速混合扩散，导致反应区域内反应物

33、浓度降低抑制了化学反应的进行，从而减小了吸热量，导致降温幅度减小，同时生成产物也无法及时的扩散到烟气下游，生成产物含量降低。3.5 液滴雾化粒径的影响表 3 不同液滴雾化粒径对各种参数的影响tab.3 the effect of different droplet diameter to various parameters喷入雾化粒径 /出口 nh3 体积浓度出口温度 / k平均停留时间/ s平均贯穿距离/ mm/%60 3.39 530 1.1180 2.95 555 1.1300 2.65 555 1.5500 2.49 550 2.11.892.623.183.75表 3 给出的是不同

34、雾化粒径对各种参数的影响。随雾化粒径的增大，出口氨气体积浓度逐渐降低，出口温度略有上升，平均停留时间逐渐延长，平均贯穿距离逐渐增大。雾化粒径较小时，液滴比表面积较大，在相同的烟气温度和速度环境中，换热更好，蒸发比较快，平250255均停留时间较短，而当雾化粒径增大，液滴吸热量增大，蒸发速度降低，平均停留时间延长，贯穿能力提高，能够达到反应区中心部分。但是雾化粒径增大后，反应物的浓度由于蒸发缓慢而减小，化学反应速率降低，化学反应吸热量减少，反应区域温度升高，反应产物含量降低。雾化粒径增大，流场发生变化，液滴受重力影响增强而受烟气卷吸作用减弱，在反应区中心部分形成的回流区增强了烟气中各组分的混合扩

35、散，但是同时抑制了生成氨气向热解炉出口的流动，降低了出口的氨气浓度。3.6 液滴喷射时间的影响-9-1.40001.20001.00000.80000.60000.40000.20000.0000v=25m/s，d=60mv=15m/s，d=60mv=35m/s，d=60mv=25m/s，d=180mv=25m/s，d=300m12345 678910时间/s260265图 15 液滴的蒸发时间随喷射时间的变化曲线fig.15 the curve of droplet evaporating time varying with spray time图 15 所示是液滴的蒸发时间随喷枪喷射时间的

36、变化曲线。从图 15 中可以看出，随喷射速度的增大，蒸发时间逐渐降低，而粒径增大，蒸发时间逐渐升高，但是喷射速度对蒸发时间的影响并不如粒径的影响幅度大。随喷射时间的延长，蒸发时间先逐渐增大，当达到稳态时，蒸发时间基本保持稳定。不同喷射速度的液滴其蒸发时间在达到稳态后基本相同，此时蒸发时间受喷射速度影响很小，主要受粒径大小的影响。2.50002.0000v=25m/s，d=60m1.50001.0000v=15m/s，d=60mv=35m/s，d=60mv=25m/s，d=180mv=25m/s，d=300m0.50000.000012345 678910时间/s图 16 液滴贯穿能力随喷射时间

37、变化曲线270275fig.16 the curve of droplet penetrating distance varying with spray time图 16 给出的是液滴的贯穿能力随喷射时间的变化曲线。在较小的粒径下，喷射速度的增大对贯穿距离的影响并不十分明显，但还是可以看出贯穿距离随速度的增大而增大的趋势，而粒径的变化则对贯穿距离影响十分明显，随粒径的增大，贯穿能力产生了较大幅度的提高。随喷射时间的增长，贯穿能力也表现出先增长后稳定的趋势，但是前期的增长幅度并不是十分明显。- 10 -蒸发时间/s贯穿距离/m4 结论本文给出了对热解炉内的尿素溶液喷淋热解过程进行的数值模拟，主

38、要研究了液滴喷射速度和液滴雾化粒径对温度场、速度场、气体的混合情况和出口的氨气流量产生的影响，得出以下结论：280285（1）液滴喷射速度的增大增强了液滴与烟气的换热情况，可以加速液滴蒸发，增大液滴的有效贯穿距离，有助于不同气体组分的混合。但是液滴喷射速度太大引起强烈的扩散增大了反应区域，同时降低了反应物浓度，不利于化学反应的进行，减小了化学反应的吸热，提高了反应区域的温度，有助于液滴的蒸发；降低了氨气的生成量，产生的回流抑制了氨气向出口的流动，降低了出口氨气流量；（2）液滴粒径的增大可以延长蒸发时间。随液滴粒径的增大，液滴穿透距离增大，液滴轨迹延长至反应区域中心，增强了混合的均匀性，但是蒸发速率的降低延缓了化学反应的进行，降低了氨气的产量。液滴粒径的增大导致液滴不易受