采用数值模拟方法研究了辐射激冷流程中不同鳍片结构对辐射废锅(radiant syngas cooler,RSC)内传热传质的影响.基于Euler坐标系,采用Realizable k-ε湍流模型计算辐射废锅内气相流场.在Lagrange坐标系中采用随机轨道模型计算颗粒粒径分布及其运动轨迹,并通过双向耦合法求解气相与颗粒相间的能量传递.采用P-1模型计算辐射传热,合成气辐射特性参数通过WSGGM模型(weight-sum-of-gray-gas model)加权求解.通过对比模拟结果与工业测量结果,得到最大相对误差为3.7%,验证了计算模型的可靠性.对比辐射废锅内不同鳍片布置方式发现,鳍片径向长度越大,中心流道越小,顶部回流越强.靠近中心轴线处的鳍片灰渣表面温度最高,高度为12m~15m位置处的灰渣表面温度则高达1 080K.随着轴向高度的增加,鳍片径向长度越小,含汽率越大.鳍片径向长度越小,相同径向位置处的含汽率越大,最大值可达0.214.不同径向长度的鳍片交错布置,有利于提高辐射废锅筒体水冷壁的换热量,改善筒体表面温度分布.鳍片表面高温区域减小,水冷壁管吸热趋于均衡,避免局部过冷过热所引起的交变热应力,才能使水冷壁管使用寿命延长.

国家重点研发计划项目(2017YFB0602601)；