构建包含分形孔隙扩散效应的煤焦燃烧速率模型

煤焦燃烧模型是煤燃烧研究中的一个重要问题。如果能从机理上认识煤焦燃烧的影响因素，并能得到准确的煤焦反应速率方程，无论是对于煤燃烧科学的基础研究，还是工业应用，都有非常重要的意义。本征反应模型是包含孔隙扩散效应的煤焦燃烧模型的重要发展，影响很广。但是，它在预测煤焦燃烧行为上仍然存在较大误差。本项目将研究包含孔隙扩散效应的煤焦燃烧模型，目标是对于无烟煤、烟煤、褐煤等不同煤种产生的煤焦，通过实验确定孔隙结构参数之后，可以较准确地计算出煤焦反应速率。在本项目研究中，将仍然采用本征活化能是常数的基本假设。与本征反应模型不同的是：用孔隙率、比表面积和分形维数这三个孔隙参数描述孔隙结构，用分形维数代替弯曲因子的概念，用分形孔隙内扩散方程代替Fick扩散方程。本项目将通过理论推导从机理上研究煤焦反应速率模型的基本形式，用数值模拟和实验验证相结合的方法确定煤焦反应速率模型的最终形式。

本项目构建了一个包含分形孔隙扩散效应的、相对准确可靠的煤焦燃烧速率模型。首先引入分形维数作为描述孔隙复杂程度的参数，从气体分子运动论出发，建立煤焦颗粒分形孔隙中的气体扩散和反应模型。然后用理论推导的方法构造一个包含分形孔隙扩散效应的煤焦燃烧速率表达式。用此模型模拟了7种煤焦在沉降炉中的燃烧情况，并与实验数据进行比较，结果表明本项目所得模型的计算结果与实验基本吻合，而传统的本征动力学模型则出现了趋势明显不吻合的情况。相对于本征动力学模型，本项目所得的模型能更好的反映孔隙结构对煤焦燃烧的影响，具备了预测煤焦燃烧特性的能力。