Technical Papers and Presentations

天然气掺混氢气后进行燃烧发电能够降低温室气体二氧化碳的排放。在燃烧前，两种气体需要经过静态混合器以保证氢气与甲烷充分混合。此研究根据实际工况条件，建立甲烷和氢气混合的热力学及动力学模型，对比两种气体在不同几何构型混合器中混合后的均匀程度。基于混合工艺条件，首先比选了不同的甲烷氢气混合体系的热力学模型，确定了合适的混合气体密度、黏度以及分子扩散系数的计算方法；其次通过计算流体力学建模，分析了工业上常用的T型管、KSM螺旋式静态混合器和一种基于倒圆锥台几何构型的混合器在甲烷和氢气混合上的性能。以模拟计算出的分离强度作为对比指标，KSM型静态混合器出口处的混合气体比T型管更加均匀，然而圆锥台混合器的混合效果是所有研究模型中最好的，并且压降非常低。最后基于气体混合效果的量化方法，对混合条件及圆锥台混合器的结构设计进行了数值优化，气体入口速度的影响比温度和压力的影响更大。研究结果对天然气掺氢的混合方法提出了新思路，内置混合单元体的静态混合器可以被特殊设计的结构管件或压力容器替代，该分析方法同样可用于其它气体的混合研究。