6.4　试验结果与模拟结果的比较

本节将首先对试验和模拟结果中的散热量进行对比，然后对热电偶所测温度进行相应的误差计算，因为模拟结果中的温度为当地的理论温度，而热电偶所测量的温度则是热电偶同来流气体，热电偶自身以及壁面的对流、传导和辐射相互作用的结果，并不能直接代表当地的理想温度，最后对试验和模拟的温度场进行比较。

6.2节试验结果显示，该试验提供的总功率为18kW，反应器的总散热损失为15.48kW，反应区部分的散热损失为4.57kW，等离子体区的散热损失为10.91 kW。而模拟结果中的总散热损失为16.28kW，该结果同试验结果相近，可是模拟结果中的反应区部分散热损失为10.13kW，等离子体区部分的散热损失为6.15kW，该结果刚好和试验的结果相反。其原因主要来自于模型中对等离子体区的简化，在模型中，仅利用UDF源项来代替等离子体发生器，而在实际过程中，等离子体发生器的情况非常复杂，大量的热损失都发生在等离子体发生器的石墨电极上，而且在试验的过程中还有小部分N2包围着石墨电极流入反应器内，由于这部分气体的流速过高，导致这部分气体直接冲刷到反应器内壁，增加了热损失，而这些实际过程在Fluent软件中很难模拟。

接下来计算热电偶误差，如前所述，热电偶所测量的温度不是当地的绝对理想温度，而是传导、对流和辐射综合作用的结果，当然该计算只针对沿反应器中心线布置的温度测点。具体的计算方法是将Fluent计算的当地理想温度转换成热电偶的测量温度，即假设在Fluent模拟中的相应位置布置有热电偶。具体的计算过程和计算结果见表6-3。通过Fluent计算结果，一些相关的参数能够直接被提取出来，然后计算出Re，并结合实际热电偶的尺寸数据并根据Bird等人［66］提出的传热公式可以计算出Nu，表6-3中，d代表热电偶的测点直径，h为传热系数，Tg表示Fluent模拟的理想温度，Tw为对应位置的反应器内壁温度，根据试验中的反应器出口温度估测出1.2m处的Tw为500K。最后根据简化的热电偶的能量平衡（气体的对流效应＋反应器内壁的辐射效应），并假设反应器内壁为黑体，并设热电偶和反应器内壁的视角系数为1，则可得到方程

式中：σ为Stefan-Boltzmann常数，值为5.67×10-8Wm-2K-4，然后可计算出Tt。

表6-3　热电偶误差计算结果

由于热电偶1所测量的壁面距离反应器内壁8mm，可通过模拟结果估算出该处的计算值T1e。具体的计算方法为，已知反应区的散热量量为10133.41 W，反应区的表面积为0.3445m2，则温差ΔT可以通过公式Q＝λ·A·ΔT/δ计算，然后可以得到T1e＝1504.52K。

试验和模拟的温度比较结果见表6-4，其中T1e为热电偶1所测温度，T2a为热电偶2测得反应器中心温度，T2w为热电偶2测得反应器壁面温度，T3为热电偶3所测温度。可以看到高温区域的温度误差在10%以内，而靠近反应器出口的低温区域的温度误差在30%以内。T2w的误差可能主要来自于移动热电偶本身，由于其在沿反应器中心线的高温区域停留的时间较长，已基本达到换热平衡，在其移动到壁面测温的过程中，由于停留时间较短，自然会受到其在高温区域换热的影响，试验的测温结果要高出模拟结果。尽管试验和模拟结果之间存在一定的误差，但是模拟结果能够对反应区温度场分布进行粗略的预测，尤其是在反应高温区，这将为生物油浆在三相交流等离子体反应器中的非绝热条件下的水蒸气气化模拟奠定一定基础。

表6-4　试验和模拟的温度比较结果