Numerical modeling of homogeneous gas and heterogeneous char combustion for a wood-fired hydronic heater
Numerical modeling of homogeneous gas and heterogeneous char combustion for a wood-fired hydronic heater
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燃木循环加热器均质气体和非均质炭燃烧的数值模拟
DOI：
10.1016/j.renene.2018.07.087
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
8.7
通讯作者：
DesJardin, Paul E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Richter, Joseph P.;Weisberger, Joshua M.;Bojko, Brian T.;Mollendorf, Joseph C.;DesJardin, Paul E.
木质燃料的热解产生两种主要产物-热解气体和固体残渣半焦，它们分别经历均相和非均相反应。最近的实验测量，使用两个阶段的液体循环加热器表明，这两种产品的氧化发生在明显不同的时间尺度与热解气体立即燃烧，和大多数的炭氧化发生后。在这项研究中，这两个氧化途径明确占在一个数值模型，认为产品烟道气的非均匀混合物。该模型是基于一个三区描述的加热器，占燃烧和传热，使用搅拌反应器理论。第一个区域描述了木材燃料的气化以及热解气体和炭的燃烧。第二区域代表后燃烧阶段。最后一级负责将气体输送出烟道。模型预测的O 2，C O 2，C O，H 2 O和温度进行了比较，实验测量显示良好的整体协议。此外，燃烧的双氧化途径的描述被证明是至关重要的双峰C-O的时间签名。第一个峰与热解气体的燃烧有关，第二个峰对应于炭氧化。
The pyrolysis of woody fuels produces two main products-pyrolysis gases and solid residue char which undergo homogeneous and heterogeneous reactions, respectively. Recent experimental measurements using a two-stage hydronic heater indicate the oxidization of these two products occur at distinctly different time scales with the pyrolysis gases burning immediately, and the majority of the char oxidization occurring later. In this study, these two oxidation pathways are explicitly accounted for in a numerical model that considers a non-homogeneous mixture of product flue gases. The model is based on a three-zone description of the heater which accounts for combustion and heat transfer using well-stirred reactor theory. The first zone describes the gasification of the wood fuel and burning of both pyrolysis gases and char. The second zone represents an after-burning stage. The last stage accounts for the transport of gases out the flue. Model predictions of O 2, C O 2, C O, H 2 O and temperature are compared to experimental measurements showing good overall agreement. Furthermore, the dual oxidation pathway description of combustion is shown to be critical to account for the dual-peak C O time signature. The first peak is associated with the burning of pyrolysis gases and the second corresponds to char oxidation.
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