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基于宽谱带k分布的高温高压合成气辐射特性研究

作　者: 李大涛
导　师: 谭建宇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 合成气辐射换热宽谱带k分布模型温度压力修正
分类号: TK224
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

高温气体辐射换热计算方法根据计算谱带区间波数间隔的大小分为逐线计算、谱带模型和全光谱模型三类，其中谱带模型依据谱带区间波数间隔大小又分为窄谱带和宽谱带模型。对于高温气体辐射计算已经形成了许多计算方法，其中k分布方法是近些年发展起来的计算方法。k分布方法的原理是对计算谱带区间内的谱线吸收系数进行重排，再利用累计k分布函数将吸收系数分布转换为[0-1]区间内一条单调增的曲线。主要的k分布方法包括窄谱带、宽谱带和全光谱k分布模型，其中窄谱带k分布模型计算区间波数间隔太小使得计算区间数量太多，导致计算时间长，全光谱k分布模型以计算速度为优势，但是计算精度太差，而宽谱带k分布模型以理想的计算速度和精度而被广泛使用。在宽谱带k分布中，由于谱带区间波数间距大导致谱带区间内的普朗克函数值变化大，从而对计算结果产生影响。本文使用加入普朗克函数加权的宽谱带k分布模型，计算了辐射废热锅炉内高温高压合成气的辐射特性参数与辐射换热，并将Gauss积分点吸收系数拟合为温度、压力的多项式函数。本文的主要内容如下：(1)介绍加入普朗克函数加权的宽谱带k分布模型，并利用此模型计算辐射废热锅炉内高温高压合成气的主要辐射特性参数，包括合成气中H2O、CO2、CO和CH4典型谱带有效带宽、全光谱普朗克平均吸收系数及总发射率，验证本文使用的宽谱带k分布模型的优势。(2)对合成气进行宽谱带光谱区间划分，并利用宽谱带k分布模型分别计算一维等温气体层、非等温气体层辐射换热，并探讨CO和CH4这两种气体在辐射换热中所占的比重。计算结果表明，宽谱带k分布模型较其他模型有很大的优势，对于工程计算，可以将这两种气体对辐射换热的影响忽略，从而减少计算量。(3)当气体的温度和压力发生变化时，气体的吸收系数需要重新计算，将会花费很长的计算时间。本文针对已有的辐射废热锅炉设计、运行工况，对高温高压合成气在1.0-4.0MPa(P=0.2MPa)、600-1700K(T=20K)条件下全光谱区间吸收系数进行计算，对1.0MPa条件下四种气体的Gauss积分点吸收系数进行温度多项式拟合，并以1.0MPa条件下吸收系数为基准，对四种气体Gauss积分点吸收系数分别进行压力多项式拟合。(4)利用温度和压力拟合系数对一维和二维辐射换热进行计算，并分别与之前计算结果进行对比。计算结果表明，本文得到的温度、压力拟合系数是正确的，在保证一定计算精度条件下将计算时间大大缩短。在今后的计算中可以直接利用拟合系数对吸收系数进行计算，大大减小吸收系数计算量。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 气体光谱数据库  11
    1.2.2 气体辐射计算方法研究现状  11-16
  1.3 本文的主要研究内容  16-18
第2章宽谱带 k 分布模型  18-30
  2.1 宽谱带 k 分布原理  18-19
  2.2 合成气吸收系数计算  19-21
  2.3 宽谱带 k 分布模型验证  21-28
    2.3.1 典型谱带有效带宽验证  22-25
    2.3.2 普朗克平均吸收系数验证  25-27
    2.3.3 合成气总发射率验证  27-28
  2.4 本章小结  28-30
第3章高温高压合成气辐射换热计算  30-41
  3.1 基于宽谱带 k 分布模型的辐射传递方程  30-31
  3.2 辐射传递方程的离散  31
  3.3 合成气宽谱带光谱区间划分  31-32
  3.4 合成气辐射换热算例  32-38
  3.5 吸收系数温度拟合及其验证  38-39
  3.6 本章小结  39-41
第4章吸收系数压力修正  41-51
  4.1 吸收系数压力修正  41-42
  4.2 谱带区间及摩尔分数对压力拟合系数的影响  42-44
    4.2.1 H2O 的摩尔分数对压力拟合系数的影响  42-43
    4.2.2 谱带区间对压力拟合系数的影响  43-44
  4.3 吸收系数温度、压力拟合系数验证  44-49
  4.4 本章小结  49-51
结论  51-53
参考文献  53-57
附录 1 H2O 谱带温度拟合系数  57-74
附录 2 CO2谱带温度拟合系数  74-78
附录 3 CO 谱带温度拟合系数  78-79
附录 4 CH4谱带温度拟合系数  79-81
附录 5 H2O 谱带压力拟合系数  81-83
附录 6 CO2谱带压力拟合系数  83-85
附录 7 CO 谱带压力拟合系数  85-86
附录 8 CH4谱带压力拟合系数  86-88
攻读学位期间发表的学术论文  88-90
致谢  90

基于宽谱带k分布的高温高压合成气辐射特性研究

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