| Popis: |
Ο σκοπός αυτής της διατριβής είναι η ανάπτυξη τριδιάστατων υπολογιστικών μοντέλων υπολογιστικής ρευστοδυναμικής για τη μοντελοποίηση ρευστοποιμένων κλινών ανακυκλοφορίας με σκοπό την εφαρμογή τους για τη μείωση των εκπομπών. Υπό αυτό το πρίσμα μελετήθηκε η υδροδυναμική καθώς και η καύση ορυκτών καυσίμων σε τέτοιες μονάδες. Επιπροσθέτως, μελετήθηκε και η δέσμευση του CO2 μέσω της τεχνολογίας κύκλων ενανθράκωσης/ασβεστοποίησης. Αρχικά, διερευνήθηκε η ορθή μοντελοποίηση της υδροδυναμικής των μονάδων ρευστοποιημένης κλίνης. Για τη μοντελοποίηση των υποπλεγματικών σωματιδιακών δομών μεσο–κλίμακας αναπτύχθηκε ένα εξελιγμένο μοντέλο Ελαχιστοποίησης Ενέργειας Πολλαπλών–Κλιμάκων (EMMS). Το τριδιάστατο μοντέλο επαληθεύτηκε μέσω πειραματικών δεδομένων για την ισοθερμοκρασιακή ροή εντός του αγωγού ανόδου μιας μονάδας ρευστοποιημένης κλίνης ανακυκλοφορίας καύσης 1.2 MWth CFB. Επίσης, σε αυτή τη διατριβή μοντελοποιήθηκε η καύση λιγνίτη στην προαναφερθείσα μονάδα. Οι μηχανισμοί της καύσης και τις μεταφοράς θερμότητας όπως και βασικές χημικές αντιδράσεις ενσωματώθηκαν στο υδροδυναμικό μοντέλο. Τα αποτελέσματα του μοντέλου επέδειξαν καλή συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα για τη συγκέντρωση του O2 και του CO2 και για τη μέση θερμοκρασία λειτουργίας της κλίνης. Εκτός από τη μοντελοποίηση της καύσης στη ρευστοποιημένη κλίνη μοντελοποιήθηκαν και οι εκπομπές NOx/N2O μέσω κατάλληλου 3-D απεπλεγμένου μοντέλου. Πέντε στοιχεία μοντελοποιήθηκαν, NOx, N2O, CO, CNO και HCN, και οι αντίστοιχοι ρυθμοί των αντιδράσεων βρέθηκαν από τη βιβλιογραφία. Τα αποτελέσματα του επέδειξε καλή συμφωνία με τις πειραματικές μετρήσεις για τα NOx/N2O. Ως εκ τούτου, αυτό το επαληθευμένο μοντέλο με το μικρό υπολογιστικό κόστος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ελαχιστοποίηση των εκπομπών αυτών των αερίων από μεγάλης κλίμακας εγκαταστάσεις. Σε αυτή τη διατριβή διερευνήθηκε η ροή εντός του ενανθρακωτή. Αρχικά η υδροδυναμική ενός κρύου μοντέλου μοντελοποιήθηκε λαμβάνοντας υπ’ όψη το σύστημα ανακυκλοφορίας και εφαρμόζοντας το μοντέλο οπισθέλκουσας EMMS και ένα νέο μοντέλο για την κοκκώδη συνεκτικότητα που εφαρμόστηκε στο σύστημα ανακυκλοφορίας. Τα αποτελέσματα του μοντέλου για την μοντελοποίηση της υδροδυναμικής του ενανθρακωτή αποδείχτηκαν μεγάλης ακρίβειας. Η κατανομή της πίεσης προλέχθηκε με μέσο σφάλμα μικρότερο του 10%, ενώ το σφάλμα στην ανακυκλοφορία είναι μικρότερο του 2%. Η αντίδραση ενανθράκωσης διερευνήθηκε μέσω της μοντελοποίησης ενός αντιδραστήρα ρευστοποιημένης κλίνης ενανθράκωσης 10 kWth. |
