气固两相流及氮氧化物控制的数值模拟研究的任务书.docx

气固两相流及氮氧化物控制的数值模拟研究的任务书
任务书
一、任务的背景及意义
大气污染是当今全球所面临的一个重大环境问题，其中氮氧化物是导致空气污染最主要的物质之一，它的排放来源主要是燃煤、燃气、燃油以及工业和交通尾气等。氮氧化物主要有NO和NO2两种，它们一旦进入大气就会导致光化学反应，并在一定的条件下形成臭氧、二次有机气溶胶等二次污染物，进而威胁到环境和人类健康。
气固两相流是一种流体力学现象，它发生在工业和环境中的许多重要应用中，如化学反应工程、焚烧、气体输运以及空气污染控制等领域。气固两相流对大气污染的控制有着重要的作用，特别是对NOx的去除效果有着不可替代的作用。因此，对气固两相流及氮氧化物控制的数值模拟研究具有很高的研究价值和实际应用意义。
二、任务的内容及步骤
1.研究对象
本次研究的对象为工业或环境中的氮氧化物排放设施，如燃煤电厂、燃气发电厂、工业炉窑等，以及进行氮氧化物控制的各种装置，如SCR脱硝器等。
2.气固两相流模拟
（1）建立气固两相流模型，考虑气相和固相的相互作用及其分布、速度、密度、温度等参数。利用颗粒流体力学（PBM）模型，建立颗粒相的运动学和动力学方程；
（2）使用CFD软件，对气固两相流进行数值模拟，分析气固两相流在设施内的流动规律、尘埃分布、热传递等参数变化；
（3）对气固两相流的模拟结果进行验证，并对模拟中的不确定性进行分析和探究。
3.氮氧化物控制研究
（1）建立氮氧化物的反应动力学模型，考虑与设施中的各种物质的相互作用；
（2）建立反应器模型，包括SCR脱硝器等一系列反应器和各种催化剂的性能参数；
（3）考虑物料平衡及氮氧化物物质传输规律，并进行数值模拟；
（4）对模拟结果进行分析，确定氮氧化物去除效果和优化控制参数。
4.实验验证
在数值模拟结果的基础上，进行相应的实验验证。对实验结果进行分析和比对，对数值模拟的结果进行修正和改进。
三、任务的要求和计划
1.本次研究需投入一定人力、财力、物力，建议投入经费不少于10万元；
2.研究周期为一年，按照以下时间安排进行：
（1）前3个月：研究方案设计、文献调研以及相关软件学习和熟悉使用；
（2）3~6个月：气固两相流模拟，初步探索氮氧化物控制方法；
（3）6~9个月：氮氧化物控制研究，初步模拟结果的分析和验证；
（4）9~12个月：实验验证和结果分析、总结。
3.研究团队需具备以下条件：
（1）具备流体力学、化学工程、力学等相关专业的硕士及以上学历；
（2）熟练掌握CFD软件使用技能，熟悉颗粒流体力学（PBM）模型；
（3）有相关工程实践经验者优先考虑。
四、任务的预期成果
1.建立气固两相流模型，探究相互作用及其分布、速度、密度、温度等参数的变化规律；
2.建立氮氧化物的反应动力学模型和反应器模型，探究物料平衡及氮氧化物物质传输规律；
3.对模拟结果进行分析，确定氮氧化物去除效果和优化控制参数；
4.通过实验验证，对数值模拟的结果进行修正和改进。
五、参考文献
1.陈春海.污染物环境数值模拟与控制[M].北京:化学工业出版社,2017.
2.赵静,王洪涛,李佳军.燃煤压凝机的CFD模拟与技术改进[J].农机化研究,2019,41(1):12-16.
3.陈子荣,吴泽宇,陈宏昊.工业炉窑内二氧化碳的CFD数值模拟[J].燃烧科学与技术,2018,24(4):312-317.
4.段子虎.PBM模型在气固流动模拟中的应用研究[D].北京:颗粒流动与安全控制国家重点实验室,2017.