Математическое моделирование процессов термического разложения крупных пористых частиц органического топлива

• Автор: Жукова, Надежда Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОРИСТЫХ СРЕД.

1.1. Структура пористых сред.

1.1.1. Общие представления о пористых материалах

1.1.2. Классификация пористых материалов

1.1.3. Моделирование структуры пористых материалов

1.2. Влияние внешних условий на процесс термического разложения древесины

1.2.1. Конечная максимальная температура обугливания древесины

1.2.2. Скорость обугливания древесины.

1.2.3. Давление газов и паров при обугливании древесины.

1.2.4. Влажность древесины
1.3. Пиролиз древесины в различных средах
1.3.1. Пиролиз древесины в токе парогазов продуктов разложения древесины.
1.3.2. Пиролиз древесины в среде углеводородов
1.3.3. Разложение древесины в токе паров воды и газов.
1.4. Модели пористых сред
1.4.1. Регулярные упаковки
1.4.2. Случайные упаковки.
Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ.
2.1. Математическая модель конвективного тепломассопереноса в слое пористой среды.
2.1.1. Приведение уравнений к безразмерному виду
2.2. Одноканальная модель процесса термической деструкции пористой частицы
Стр.
2.3. Многоканальная модель процесса термической деструкции пористой частицы
2.3.1. Приведение системы уравнений к безразмерному виду.
2.4. Модель пористой структуры
Глава 3. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ.
3.1. Дискретизация уравнений
3.1.1. Дискретный аналог модели конвективного тепломассопереноса в слое пористой среды
3.1.2. Дискретный аналог одноканальной модели процесса термической деструкции пористой частицы
3.2. Методы решения систем уравнений
3.2.1. Линейно итерационная процедура решения дискретного аналога
3.2.2. Уравнение количества движения.
3.2.3. Поправки скорости и давления
3.2.4 Уравнение для поправки давления
3.2.5. Граничные условия.
3.2.6. Алгоритм решения
3.3. Программная реализация.
3.3.1. Блок схема процедуры решения одноканальной модели пиролиза.
3.3.2. Блоксхема процедуры решения многоканальной модели пиролиза.
3.3.3. Описание ОерЬприложения
Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧТОВ
4.1. Одноканальная модель разложения частицы
4.1.1. Результаты моделирования пористой структуры.
4.1.2. Аналитическое решение нестационарного уравнения теплопроводности.
4.2. Многоканальная модель разложения частицы.
4.3. Математическая модель конвективного тепломассопереноса в слое пористой среды
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Структура и объем работы. Структура диссертации определяется логикой поставленных задач и состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы ( источника). Диссертация изложена на 0 страницах печатного текста, содержит 5 таблиц, рисунка, приложение на страницах. Глава 1 диссертации посвящена теоретико-методологическому анализу исследуемой проблемы. Математические модели и системы дифференциальных уравнений представлены в главе 2. Глава 3 посвящена численным методам решения систем дифференциальных уравнений. В главе 4 проведено детальное тестирование программы с привлечением опубликованных экспериментальных данных. Глава 1. В настоящее время существует большое количество работ, посвященных математическому моделированию процессов термического разложения органических веществ, в первую очередь углей [2-5], представляющих собой пористые материалы. Структура пористых материалов разнообразна. В пористых телах помимо твердой фазы имеется система пустот. Твердая фаза представляет скелет или каркас пористого тела, а система пустот - пространство пор. Объем пустот, отнесенный к единице объема или массы тела, называется пористостью. Поверхность пустот называется внутренней поверхностью, а ее величину, отнесенную к единице объема или массы тела, - удельной поверхностью. Такое представление о пористой среде весьма наглядно, но оно теряет смысл, когда размер пустот соизмерим с размером молекул. Примером таких материалов служат цеолиты, синтетические и природные алюмосиликаты, различные полимерные мембраны. В этом случае материалы причисляют к пористым не столько по геометрическим свойствам структуры, сколько по их физическим свойствам, а именно по способности поглощать и удерживать в макроскопических количествах различные вещества. Количество удерживаемого в равновесных условиях вещества пропорционально не внешней поверхности пористого материала, а его объему. При этом с внутренней поверхностью и пористостью можно связать измеряемые физические величины. В большинстве случаев разделение пространства пор на элементарные поры проводится весьма произвольно, подчас оно даже невозможно, как, например, в волокнистых материалах. Основной характеристикой пор является их размер. Это понятие также условно и неоднозначно. Под размером цилиндрических пор принято понимать их радиус. В случае, когда невозможно выделить элементарные поры определенной геометрической конфигурации, под размером понимают некоторое характерное расстояние между частицами, образующими скелет тела. Наиболее плодотворным оказывается путь, когда размер пор, как и удельную поверхность и пористость, связывают с измеряемыми физическими величинами [9]. Ввиду многообразия пористых структур нет единой классификации пористых тел и самих пор. Имеются отдельные попытки систематизации пористых материалов по их строению и физико-химическим свойствам [-]. Рассмотрим некоторые из них. Общепринятым является предложенное А. В. Киселевым деление пористых тел на корпускулярные и губчатые []. В телах корпускулярного строения поры образованы промежутками (пустотами) между компактными частицами, составляющими скелет тела. В телах губчатого строения поры представляют собой каналы и полости в сплошном твердом теле. К корпускулярным телам относятся черные и белые сажи, аэросилы, ксерогели и пр. Размер и форма пор в этих материалах определяются размером и формой составляющих их частиц, а также их взаимным расположением. Типичным примером губчатых тел являются пористые стекла, некоторые угли и ряд синтетических катализаторов и электродов. Многие материалы имеют смешанную структуру, являющуюся комбинацией губчатой и корпускулярной. Они относятся к бидиспсрсным структурам, поры в которых можно разделить на две группы, резко отличающиеся по размерам. Например, никелевые катализаторы представляют собой корпускулярную структуру из частиц никеля, пронизываемую губчатыми порами, образовавшимися после удаления порообразователя. Примерно такую же структуру имеют некоторые пористые стекла.