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楼宇型分布式能源系统SCR 装置数值模拟研究
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2017 电力科技管理论坛 40 与反应物浓度分布的均匀性是高效脱硝的保证,因 此,该研究中不直接模拟氮氧化物与氨气在催化剂 作用下的化学反应,而将研究重点放在混合器及反 应器的结构改进上,通过引入导流板、整流栅及气 流均布板等探讨其对流场分布的规律。 2 数值计算 SCR 脱硝系统内的流动是复杂的三维非稳态流 动,流动过程涉及气液两相流动、湍流流动、传热 传质、多组分输运及化学反应等过程。本文取反应 过程某一准静态瞬间,将系统内的流动视为三维粘 性不可压缩定常湍流流动,将烟气组分视为空气与 氮氧化物的混合物,氨气入口由一定比例的氨气与 空气组成,将喷氨栅格简化为 9 个圆形入口,均匀 分布于混合器截面内,并保证质量流量不变。 2.1 数学模型及控制方程 稳态流动过程可用适当的数学模型进行描述, 主要包括连续方程、动量方程、能量方程以及组分 输运方程并采用标准k- -(双方程模型封闭 RANS 方程 组。 连续性方程: 01,2,3 i i u i x (1) 动量方程: ,1,2,3 ij i i jjji u u up Fi j xxxx (2) 能量方程: 0 1,2,3 j T jjpj u T kT Sj xxcx (3) 组分输运方程: 1,2,3 j jjj u Sj xxx (4) 标准k-双方程模型: 1,2,3 j t k jjkj ku k G xxx j (5) 1 2 2 1,2,3 j t k jjj u GG xxxk Cj k (6) 式中,式中,ui、uj为速度张量;xi、xj为坐标 张量;为动力粘度;为密度;p为压力;T为温度; k0为流体传热系数;cp是比热容;ST是流体粘性耗散 项;为组分质量分数;为广义扩散系数;S为广 义源项;t为湍流粘度;k是湍动能;是湍动能耗 散率,其余参数参考文献[9]。 2.2 边界条件 边界条件及离散格式影响着数值结果的准确性 及精度,因此,要合理给定边界条件并选取适当的 离散格式:①采用分离式求解器对时均 N-S 方程组 进行稳态数值计算。采用 SIMPLEC 算法对压力和速 度进行耦合求解。②进口边界选取速度进口,大小 按照流量计算得到见表 1;出口给定自由出流;壁面 条件给定无滑移边界且绝热。③ 催化剂层采用多孔 跳跃模型,给定厚度及压降系数。④使用 PRESTO! 格式对压力项进行空间离散,对流项与扩散项分别 采用二阶迎风格式。 数值计算的收敛精度给定为 10 -4, 同时监测进出口断面质量流量与催化剂层速度、组 分浓度的不均匀度等直到稳定方可判断收敛。进行 湍流计算还需给定进口速度的湍流边界,选用湍动 度与水力直径模式,水力直径与进口管径保持一致, 而湍动度计算公式如(7)所示: 0.125 0.16IRe(7) 式中I是进口位置的湍动度,Re是进口断面的 平均雷诺数。 表 1 进口模拟参数 项目组成质量分数/%速度/m/s温度/K 烟气入口Air+NONO:0.258.5525 氨气入口Air+NH3NH3:4518.0300 2.3 网格划分 考虑 SCR 脱硝系统结构的复杂性,网格采用 meshing 软件来处理,全局采用非结构化网格,同时 为满足标准壁面函数对y +的要求,在流场梯度变化

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