基于CFD模拟的甲烷裂解太阳能管式反应器结构优化

• 作者: 肖凡 贾胜坤 罗祎青 袁希钢
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 甲烷 太阳能反应器 湍流 结构优化
• 年，卷（期）: 2021,（10）
• 所属期刊栏目: 流体力学与传递现象
• 页码范围: 5053-5063
• 页数: 10页
• 分类号: TQ037+.1
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210322

摘要

太阳能裂解甲烷具有产物纯度高且环保的优点。对湍流条件下的甲烷高温裂解太阳能管式反应器进行计算流体力学(CFD)模拟，为提高太阳能甲烷裂解反应器的转化率，通过调节反应器结构对流场进行优化。为了更加准确计算太阳能辐射的加热效应，在湍流反应扩散模型中引入碳颗粒的生成和聚集模型，并采用离散坐标(DO)模型进行辐射模型求解。然后，在太阳能管式反应器中引入射流及挡板进行流场调节，并对挡板高度、射流流速及角度进行优化，达到强化反应过程的目的。优化后的反应器中，甲烷转化率可以提高约8%。以反应转化率和代表强化成本的黏性耗散为指标，筛选出不同离散条件下的Pareto最优解，并用支持向量机回归(SVR)算法对离散的Pareto最优解进行插值，得到操作曲线和与之相对应的最优射流角度及流速。