过程工程学报 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (2): 150-160.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225167
滕露露, 叶娜, 黄静宽, 尹丽洁*
Lulu TENG, Na YE, Jingkuan HUANG, Lijie YIN*
摘要: 熔化后的塑料黏度高且导热系数低,在热处置领域,其熔化行为对反应器传热及运行性能具有重要影响。本研究通过实验发现塑料热解呈现“熔化-沸腾-热解”三阶段特征,其中熔化阶段因相变吸热导致反应器内温度分布发生显著变化。基于VOF (Volume of Fluid)模型并耦合焓-孔隙率方法,构建了塑料颗粒的三维熔化模型,模拟了热气流加热条件下塑料颗粒的熔化行为,重点分析了颗粒尺寸及形状对熔化过程中温度分布、熔化速率及界面传热的影响。结果表明,熔化过程中颗粒内部存在明显温度梯度,熔化速率随时间延长呈先增加后减小的趋势。球体颗粒粒径从10 mm增加至15 mm,熔化时间延长约20 s。熔化过程中气液界面热流量随时间先上升后下降,完全熔化所需的总热量与颗粒质量成正比,粒径20 mm的球体颗粒所需总热量约为10 mm颗粒的8倍。不同形状的颗粒熔化速率受迎风面积、比表面积等因素影响,相同质量的圆柱体和长方体颗粒较球体颗粒熔化速率更快,熔化时间较球体颗粒分别减少22.7%和18.2%。研究结果可为热解反应器优化设计提供理论依据。