朱选栋，张亚新

新疆大学化工学院，煤炭清洁转化与化工过程自治区重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830046

煤炭资源是我国的基础能源，煤气化技术是煤炭清洁能源转化过程的关键技术之一[1-3]，主要合成以H2和CO 为主的可燃性气体，用作燃料或化工过程中的还原气[4]。流化床煤气化技术因为具有传质传热效率高、气化效率高和适应多种煤质等特点，近年来广泛应用于工业生产，对于其工艺条件的优化也成为了研究热点[5-6]。气-固两相流的数值模拟方法主要有计算流体力学（CFD）和计算颗粒流体力学（CPFD）。CFD 方法基于欧拉-欧拉双流体模型，将颗粒拟流体化处理。CPFD 方法基于多相粒子单元法（MP-PIC），流体相采用欧拉法计算，颗粒相采用拉格朗日法求解，用于计算离散相颗粒运动以及气-固两相流耦合[7]。流化床煤气化过程是煤粉固体颗粒与空气和水蒸气进行充分反应、发生传热传质的过程，因此广泛采用CPFD 方法对流化床煤气化进行模拟。关于煤气化反应过程的传质传热行为、催化剂的选用以及合成气的组分变化等的研究已有一些报道[8-11]。本工作将重点研究流化床煤气化工艺条件对气化效率和碳转化率等气化指标的影响以及进行工艺的优化。

1 数值模拟理论与模型概述

1.1 气体控制方程

气相动力学用平均N-S 方程描述，能与颗粒相进行良好地耦合。采用LES 数值模型计算大涡量，模拟亚网格尺度湍流。质量和能量控制方程[12-15]如下：

流体相连续性方程：

式中：ug为气体速度，m/s；……