表征单元体积尺度下多个CaO颗粒吸收CO2的介观数值方法

来源：计算物理杂志2025年第1期北京时间：

作者：孙书宝, 娄钦

摘要：基于格子Boltzmann方法在表征单元体积(REV)尺度下模拟串列多孔CaO颗粒吸收CO2化学反应过程, 主要研究CaO颗粒孔隙率、颗粒直径、颗粒间排列方式对颗粒转化效率和平均转化率的影响。结果表明: CaO颗粒转化效率随其孔隙率增加呈现先减小再增大的趋势, 这是由于不同的孔隙率导致颗粒初始物质的量和内部气固反应速率不同, 二者竞争进而影响转化效率。另一方面, 颗粒直径越大, 转化效率越低, 粒径50 μm的颗粒比粒径150 μm的颗粒平均转化效率提高了8.4%, 粒径150 μm的颗粒比粒径250 μm的颗粒平均转化效率提高了7.2%。研究颗粒排列方式对平均转化率的影响发现: 当颗粒间水平夹角θ=0°~10°, 由于回流涡的影响使得平均转化率随角度增加不能得到有效提升; 当θ=10°~40°, 后方CaO颗粒逐渐远离回流区, 使得平均转化率随角度增加得到显著提升; 当水平夹角大于40°时, CaO颗粒完全脱离回流区, 此时平均转化率达到最大且不随角度发生变化, 模拟结果可以为CO2捕捉提供一定的参考依据。

关键词：格子玻尔兹曼方法, 吸附剂, 多孔介质, 二氧化碳捕集, 化学反应