基于半干法脱硫塔内喷雾过程的数值模拟毕业论文

基于包钢半干法脱硫塔内喷雾过程的数值模拟设计学生：李晓安指导老师：黄军老师.论文主要内容1.介绍国内烟气脱硫技术的状况2.半干法脱硫的工艺流程及影响半干法脱硫效率的因素3.论文研究的理论基础4.论文研究的过程5.论文研究的结果6.结论.国内烟气脱硫技术的现状烟气脱硫湿法脱硫半干法脱硫干法脱硫.半干法脱硫工艺流程.影响半干法脱硫效率的因素钙硫比出口烟温与烟气绝热饱和温度之差增湿水和烟气湿度石灰浆液雾化粒径入口SO2浓度气流分布影响脱硫效率.论文研究的理论基础论文研究的内容属于CFD理论范围，因此论文包括模型的建立、模拟过程、结果输出等都以CFD理论为基础。介绍如下：1.什么是CFD。CFD是计算流体动力学的简称。是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。

.CFD基础理论在CFD中，流体流动要受物理守恒定律的支配，基本的守恒定律包括：质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。质量守恒方程动量守恒方程能量守恒方程.CFD的计算过程建立控制方程确定边界条件与初始条件划分计算网络建立离散方程离散初始条件和边界条件给定求解控制参数求解离散方程判断解的收敛性显示和输出计算结果.CFD软件结构前处理器：CFD软件输入所求问题的相关数据，该过程一般是借助与求解器相对应的对话框等图形界面来完成的。求解器：求解器（solver）的核心是数值求解方案。常用的数值求解方案包括有限差分、有限元、谱方法和有限体积法等。后处理器：后处理的目的是有效地观察和分析流动计算结果。.本论文采用的理论模型论文几何模型以包钢一烧半干法脱硫系统为背景，塔内流场用空气代替，流场模型采用标准k-ε双方程模型，喷雾颗粒模型采用离散相模型（DPM）。.数值模拟模型的建立论文脱硫塔模型烟气进口喷嘴塔身烟气出口.网格的划分.计算条件、边界条件本文研究工况下，脱硫塔进口烟气速度为3m/s，烟气温度120度，喷嘴喷雾速度取94，温度为20度。烟气入口及喷嘴入口边界条件设置为速度入口边界，烟气出口条件设置为压力出口，塔身设置为壁面，所取对称壁面设置为对称面。本轮旨在观察脱硫塔内的流场分布和粒子轨迹分布，因而可以用空气代替烟气，以简化计算模型，缩短计算时间。.数值模拟结果塔内流场速度云图.数值模拟结果速度矢量图.数值模拟结果由图可以看出，脱硫塔内烟气流速是影响塔内流场的主导因素，喷雾流速对流场的影响仅局限在喷嘴附近的一小部分。原因在于烟气质量流量较喷雾质量流量大得多，因此会出现这种现象。烟气速度在烟气进口处为3m/s，进入塔内流场后，由于塔身直径的变化，根据质量守恒原理，沿轴向方向速度略有减小，进入塔身11m后速度场逐渐稳定。.数值模拟结果脱硫塔内颗粒分布（颗粒停留时间）.数值模拟结果脱硫塔内颗粒分布（颗粒直径分布）.数值模拟结果脱硫塔内颗粒分布（颗粒速度分布）.数值模拟结果由颗粒分布图可以看出：1.喷雾水滴在脱硫塔内存在的时间很短，覆盖区域大约在塔内3~5m范围内，说明水滴与烟气间的混合吸收是一个快速的过程，为了提高喷雾效果，需要尽可能延长水滴与烟气的混合过程，以期能使二者均匀混合，提高脱硫效率。.数值模拟结果2.颗粒直径在靠近塔中心部位分布比较大，原因是：颗粒在喷雾流场边缘部位由于与烟气流场发生卷吸，使其与烟气的混合速度加快，与烟气融合消失。而靠近内侧的，由于喷雾颗粒没有与烟气融合，而且颗粒之间会发生融合，从而大致内侧颗粒直径大，且存在时间长，运动距离远。.数值模拟结果3.喷雾颗粒高速由喷嘴喷出后，速度剧减，高速段仅占喷雾流场的很少一部分，且此区域流场分布紧促，颗粒仅在边缘地带与烟气混合被吸收，接着流场直径变大，喷雾速度进一步减小，初步与烟气流场混合，当喷雾速度降到与烟气流速相当的时候，喷雾与烟气流场相互叠加作用，颗粒在该区域与烟气相互混合，颗粒被吸收，该区域颗粒运动距离最远，最终被烟气全部吸收。.结论1.脱硫塔内的流场分布比较均匀稳定，烟气不会出现大范围的回流，旋转等，利于脱硫过程的平稳进行；.结论2.烟气与喷雾颗粒的混合由颗粒群外围开始，且随着颗粒轴向运动距离的增加，该过程越来越剧烈，越来越稳定。.结论3.颗粒速度影响喷雾流场的长度和宽