濃度，kf,r的計算參照公式 (16)，kf, r計算時的參數(shù)具體見表2。
[0086] 表2反應(yīng)中Arrhenius反應(yīng)速率中的參數(shù)
[0087]
[0088] (3)對煤粉燃燒過程中固定碳、揮發(fā)份和氧化氣氛材料屬性進(jìn)行定義，上述材料包 括C( S)、02、N2、CH4、CO、C02、H 20，其材料屬性包括密度P、導(dǎo)熱系數(shù)λ和比熱c，各材料屬性的初 始值即為實際工業(yè)測量值。
[0089] (4)定義邊界條件和初始條件:本實施例中以上下面為對稱邊界，其它壁面為流固 耦合邊界;氧化劑空氣或富氧為速度進(jìn)口邊界，即圖3中的左側(cè)面，空氣進(jìn)口速度為1.5m/s， 溫度為1700K，出口為自由出流邊界，即圖3中的右側(cè)面。本實施例的初始條件為:煤粉顆粒 初始溫度為600K，煤粉顆粒初始質(zhì)量分別為3.97e-12kg和3.35e-10kg。
[0090] (5)運用FLUENT UDF和FLUENT Scheme混合編程耦合自定義模型，即顆粒質(zhì)量變化 模型、粒徑動態(tài)變化模型、揮發(fā)份析出模型。
[0091] 其中，顆粒質(zhì)量變化模型為:煤粉顆粒燃燒過程中，煤粉顆粒的質(zhì)量變化率％^由 熱解產(chǎn)生的揮發(fā)份析出率也和焦炭異相反應(yīng)消耗率戍^決定，即
[0094]式中：rc為焦炭反應(yīng)速率，由反應(yīng)中Arrhenius反應(yīng)速率確定，Mw, c為碳元素摩爾質(zhì) 量，0為當(dāng)量系數(shù)，為2.67，煤粉顆粒直徑(^根據(jù)煤粉顆粒質(zhì)量計算得到。
[0095]粒徑動態(tài)變化模型:煤粉顆粒燃燒過程中，粒徑將發(fā)生變化，依據(jù)燃燒過程中的煤 粉顆粒質(zhì)量，將粒徑的變化轉(zhuǎn)化為煤粉顆粒導(dǎo)熱系數(shù)和密度的變化，即
[0100]式(4)-(6)中，cP為煤粉顆粒比熱，ypi為各元素，即(：、!1、0川和5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，由工業(yè) 煤粉的真實元素分析結(jié)果決定，UP1為上述各元素摩爾質(zhì)量，P和λ分別為煤粉顆粒密度和煤 粉顆粒導(dǎo)熱系數(shù)，do為煤粉顆粒初始粒徑，R為通用氣體常數(shù)，^為煤粉顆粒溫度，通過軟件 算出溫度場分布，并采用有限體積法計算得到。
[0101]揮發(fā)份析出模型:依據(jù)煤粉顆粒溫度τρ，確定揮發(fā)份析出率也，其揮發(fā)份析出率 采用兩步競爭模型，即
[0103]式(7)中，mv為揮發(fā)份質(zhì)量，根據(jù)煤粉顆粒組成計算得到，αι、α2為熱解常數(shù)，分別為 0.38和0.8，R!、R2為揮發(fā)份析出速率，其中，R!、R通過下式求得：
[0105] 式(8)中，仏為指前因子，Ei為活化能，心、1?2按照公式(8)進(jìn)行計算時的各參數(shù)具體 參照表2。
[0106] 本實施例的顆粒質(zhì)量變化模型、粒徑動態(tài)變化模型和揮發(fā)份析出模型是發(fā)明人結(jié) 合煤粉顆粒真實燃燒過程的特點得出的，通過將以上自定義模型與大型流體力學(xué)計算軟件 現(xiàn)有基本物理模型相耦合，能夠便捷高效地實現(xiàn)煤粉顆粒間燃燒過程相互作用的全息模 擬，真實地表征出不同煤粉粒徑和間距對煤粉燃燒過程的影響，從而有助于對實際生產(chǎn)中 煤粉燃燒過程進(jìn)行指導(dǎo)和優(yōu)化設(shè)計。
[0107] (6)通過步驟(2)中的基本物理模型與步驟(5)中的自定義模型對煤粉顆粒燃燒過 程進(jìn)行模擬，模擬過程中對煤粉顆粒表面溫度、煤粉顆粒質(zhì)量變化率及揮發(fā)份逸出質(zhì)量速 率變化進(jìn)行監(jiān)視。
[0108] (7)采用有限體積法對步驟(2)中的基本控制方程進(jìn)行離散化，并采用步驟(4)中 定義的邊界條件和初始條件進(jìn)行封閉和求解，計算過程采用一階迎風(fēng)格式和SIMPLE速 度一一壓力藕合算法，壓力插補格式采用STANDARD格式。
[0109] (8)對整個計算區(qū)域初始化，設(shè)定時間步長和迭代次數(shù)，對計算區(qū)域內(nèi)代數(shù)方程組 進(jìn)行反復(fù)迭代，直到滿足煤粉顆粒完全燃燒為止且滿足守恒定律，完成煤粉顆粒間燃燒過 程相互作用的數(shù)值模擬，本實施例中的時間步長為5.56ΧΠΓ 6秒。通過上述求解過程，得出 各計算節(jié)點上的解后，運用質(zhì)量變化保存機制對煤粉顆粒溫度、質(zhì)量變化、燃盡時間、揮發(fā) 份析出時間、最大煤粉顆粒表面逸出速率進(jìn)行保存。
[0110] 本實施例的質(zhì)量變化保存機制為:為實現(xiàn)對煤粉顆粒間燃燒過程的數(shù)值模擬結(jié)果 的處理，根據(jù)煤粉顆粒的質(zhì)量變化率^^來自動保存數(shù)據(jù)文件，并確定煤粉顆粒燃燒狀態(tài)， 即當(dāng)任一煤粉顆粒揮發(fā)份完全析出和殘?zhí)既紵Y(jié)束，則煤粉顆粒僅僅以導(dǎo)熱形式換熱，當(dāng) 所有煤粉顆粒都結(jié)束燃燒，則保存最終結(jié)果，
[0111] Ω =β?(τ) (10)，
[0112] 式中:&為i時刻的質(zhì)量變化率，τ為煤粉顆粒燃燒時間，Ω為保存機制。
[0113] (9)通過云圖、矢量圖、流線圖和曲線圖等方式對計算結(jié)果進(jìn)行后處理，包括煤粉 顆粒溫度、質(zhì)量變化、燃盡時間、揮發(fā)份析出時間、最大煤粉顆粒表面逸出速率等，從而能夠 便于對實際工業(yè)生產(chǎn)中的煤粉燃燒運行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，有利于進(jìn)一步提高煤粉利用 率，使鍋爐滿足預(yù)設(shè)燃燒性能指標(biāo)，且能夠優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。同時與現(xiàn) 有技術(shù)相比，本發(fā)明通過計算機模擬即可獲得煤粉在不同工藝參數(shù)下的燃燒效率等狀況， 耗時較短，成本低，對工藝的調(diào)節(jié)精度較高，克服了采用人工經(jīng)驗控制容易引起燃燒不穩(wěn)定 和燃燒效率低下的問題。
[0114] 具體地，本發(fā)明的應(yīng)用思路詳細(xì)求解說明如下：
[0115] 煤粉顆粒間的燃燒過程現(xiàn)象十分復(fù)雜，主要包括氣相流動、煤粉顆粒的加熱升溫、 揮發(fā)份的析出燃燒、焦炭異相反應(yīng)和煤粉顆粒質(zhì)量的變化等?？偟膩碚f，其燃燒過程基本模 型包括基本守恒方程(連續(xù)性方程、動量方程和能量方程）、壁面反應(yīng)模型、有限反應(yīng)速率模 型和流固耦合傳熱模型。上述基本模型和用戶自定義模型通過流固耦合傳熱模型完成煤粉 顆粒和氣相之間的流動與傳熱耦合計算信息交換，它們共同協(xié)作完成煤粉顆粒間燃燒過程 的數(shù)值模擬。如圖1所示，其中基本模型與用戶自定義模型間的耦合關(guān)系如下：
[0116] 顆粒構(gòu)造形式為煤粉顆粒相互作用模式的關(guān)鍵，通過基本模型中固定碳的壁面反 應(yīng)和揮發(fā)份的逸出燃燒反應(yīng)實現(xiàn)煤粉顆粒的燃燒。質(zhì)量變化模型和揮發(fā)份析出模型獲取基 本模型中的煤粉顆粒溫度，得到殘?zhí)咳紵俾屎蛽]發(fā)速率，進(jìn)而依據(jù)顆粒構(gòu)造形式確定揮 發(fā)份析出率和煤粉顆粒質(zhì)量變化率，得到當(dāng)前時刻煤粉顆粒質(zhì)量。粒徑動態(tài)變化模型依據(jù) 質(zhì)量變化模型中的煤粉顆粒質(zhì)量，利用等效熱阻和等效質(zhì)量法，將粒徑動態(tài)變化的過程轉(zhuǎn) 化為煤粉顆粒物理特性，即導(dǎo)熱系數(shù)和密度動態(tài)變化的過程。而最終結(jié)果由質(zhì)量變化保存 機制依據(jù)煤粉顆粒相互作用模式的煤粉顆粒質(zhì)量變化率保存特定時刻的燃燒結(jié)果，包括煤 粉顆粒溫度、質(zhì)量變化、燃盡時間、揮發(fā)份析出時間、最大煤粉顆粒表面逸出速率等。圖2為 本發(fā)明煤粉顆粒間燃燒過程相互作用的FLUENT求解框圖，其計算流程說明如下：
[0117] l)、init_func函數(shù)完成煤粉顆粒間燃燒過程的參數(shù)設(shè)置，即煤粉顆粒初始質(zhì)量、 直徑、成分等。
[0118] 2)、f irstcoal_devol和secondcoal_devol函數(shù)確定煤粉顆粒的揮發(fā)份析出率。
[0119] 3)、firstcoalmass_uns、firstcoalmass_src、secondcoalmass_uns和 secondcoalmass_src函數(shù)實現(xiàn)煤粉顆粒燃燒過程質(zhì)量變化。
[0120] 4)、firstcoal_thermcond、secondcoal_thermcond、firstcoal_density、 secondcoal_density和gas_thermcond函數(shù)更新煤粉顆粒物性，如導(dǎo)熱系數(shù)、密度等。
[0121 ] 5)、coalcomb_proc過程和coalparticle_comb函數(shù)交換煤粉顆粒質(zhì)量變化信息， 依據(jù)其變化情況保存模擬結(jié)果，其中coalparticle_comb函數(shù)計算流程如圖1所示。依次計 算煤粉顆粒溫度、質(zhì)