[发明专利]基于多组分热解气体的固体可燃物燃烧特性求解方法

说明书

本发明公开了一种基于多组分热解气体的固体可燃物燃烧特性求解方法，包括：热重‑红外光谱联用仪实验获得固体可燃物热解生成的多组分气体；采用Gpyro一维固相热解模型及基于多组分热解气体的气固耦合边界条件；采用基于多组分热解气体的层流‑湍流耦合的气相燃烧模型；通过计算流体力学方法耦合Gpyro一维热解模型、fvDOM辐射模型和燃烧模型模拟求解固体可燃物燃烧特性。本发明更贴近大部分固体燃烧中多种热解气体共同参与的真实情况，克服以往数值模拟过程中将热解气体看作单一成分的不足，更真实的模拟重现多组分热解气体情况下的固体燃烧特性，提高了模拟求解固体可燃物燃烧特性的精度和效果，求解稳定性较好。

技术领域

本发明涉及固体可燃物燃烧特性求解及仿真技术领域，具体涉及一种基于多组分热解气体的固体可燃物燃烧特性求解方法。

背景技术

固体可燃物燃烧是一个复杂的过程，一般情况下，在外界热源的作用下，固体燃料首先发生热解，产生可燃性气体，进而，当可燃气体满足引燃条件后发生燃烧，该过程中包含复杂的化学反应动力学过程以及传热传质等物理输运过程，化学和物理两个过程紧密联系相互耦合。

热解气体是固相热解和气相燃烧的桥梁，往往包含多种组分，同时参与到燃烧过程中，不同气体组分表现出不同的热物特性和化学性质，将影响气相燃烧反应、对流、辐射、烟颗粒生成等，进而影响整个燃烧行为。特别是，各组分热解气体的生成比例随温度动态变化，单组分热解气体的假设难以实现多组分热解气体所表现出的物化特性对燃烧过程的动态影响，甚至相关参数(如气体密度、燃烧热、比热、比焓、传热系数等)将导致燃烧模拟的基本控制方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、组分守恒方程等)的计算结果产生差异。此外，不同气体的辐射特性、发烟特性等，也将进一步导致模型预测结果与真实情况的偏差。因此，基于真实情况下的多组分热解气体对固体可燃物燃烧至关重要。

现阶段耦合固相热解和气相燃烧阶段所采用的热解气体，与真实情况存在差异。前人通常在数值仿真过程中将热解气体当作一种组分，并由固体燃烧热实验值逆推得到参与气相燃烧过程的热解气体生成量或气体燃烧热，然而，一方面，逆推得到的热解气体生成量将造成气相燃烧和固相热解阶段无法真正耦合(逆推得到的热解气体生成量并非固相热解实际生成的气体量)，另一方面，逆推得到的气体燃烧热又与真实情况产生较大偏差。因此本发明提出一种基于多组分热解气体的固体可燃物燃烧特性求解方法，更贴近大部分固体燃烧中多种热解气体共同参与的真实情况，克服以往数值模拟过程中将热解气体看作单一成分的不足，更真实的模拟重现多组分热解气体情况下的固体燃烧特性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了贴近大部分固体燃烧中多种热解气体共同参与的一种基于多组分热解气体的固体可燃物燃烧特性求解方法。

本发明提供了一种基于多组分热解气体的固体可燃物燃烧特性求解方法，包括以下步骤：

步骤1：通过热重-红外光谱联用仪进行实验获得固体可燃物热解生成的多组分气体成分，计算多组分气体成分包括官能团在整个热解过程中的生成比例，选取比例总和大于等于80％的热解气体成分作为关注对象；

步骤2：采用一维固相热解模型Gpyro及基于多组分热解气体的气固耦合边界条件对固体可燃物热解过程进行数值模拟，且Gpyro生成的多组分热解气体成分及比例设定成步骤1中的关注对象的成分及比例；

步骤3：采用基于多组分热解气体和涡耗散概念的层流-湍流耦合的气相燃烧模型，燃烧步骤2中Gpyro生成的多组分热解气体；

步骤4：通过计算流体力学方法耦合一维热解模型Gpyro、fvDOM辐射模型和步骤3中的燃烧模型模拟求解固体可燃物燃烧特性。

进一步地，所述步骤2中，采用一维固相热解模型Gpyro进行固体可燃物燃烧数值模拟，反应方程式为：

固体可燃物→v_c·炭+(1-v_c)·多组分热解气体