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增压锅炉过热器数值模拟及热偏差分析
| 论文题名： | 增压锅炉过热器数值模拟及热偏差分析 |
| 关键词： | 船用锅炉;过热器;热偏差分析;数值模拟;热力性能参数 |
| 摘要： | 锅炉过热器并联管束蒸汽流量分配不均和热负荷分布不均是导致汽温和壁温差异、甚至局部超温爆管的两个主要因素。在传统的过热器水动力学和现有文献关于流量和汽温分布的数值模拟中，往往针对大型电站锅炉屏式过热器，将集箱简化为流通截面不变的一维圆管。船用锅炉过热器集箱往往被内部挡板分隔为多个形状不规则、长径比很小的腔体，从而形成复杂的三维流动，因而集箱无法简化为一维圆筒或近似地归结为某种已知静压分布的简单结构类型。 针对船用锅炉过热器结构复杂的特点，由集箱的基本理论出发，确定了影响流量分配的结构因素。利用软件对Z型、Ⅱ型集箱原型和不同结构参数集箱的流场分别进行了三维冷念数值模拟，分析、归纳并验证了影响流量分配的各种结构因素，提出了模型的简化原则。用PRO/E建立简化后的过热器外部烟气、内部蒸汽及管壁的整体三维模型，选择合理的边界条件，以流体力学基本方程组和κ-ε双方程湍流模型为数学模型，对简化的过热器整体蒸汽流动与传热进行了三维热态数值模拟，直接得到不同负荷下各流程蒸汽质量流量、汽温、焓值、管壁的温度、热流量和传热系数等值的分布规律。 通过计算分析得出：管壁温度沿蒸汽的流动方向逐步增大，最高壁温及最大热偏差管同为第3流程主汽阀侧靠近中部位置的支管；此位置管内蒸汽流量小、但热负荷大，致使热偏差大、蒸汽温度高、管壁温高，为危险管；随着负荷的增大，各位置管壁温度随之增加，各支管间壁温相差逐渐增大；且第3流程的最高壁温位置向后转移；各排管束两侧管子的蒸汽温度小于中部管子的蒸汽温度，这与烟气温度和流速分布不均匀有关；第3流程的热偏差系数较大，主要是由于蒸汽引入、引出方式及结构布置造成的，应从设计上进一步改进，使热负荷与流量匹配，减小热偏差，降低管壁温度。 文章从基础理论出发，推导得出过热器模型简化原则首次实现了船用增压锅炉过热器整体三维数值计算分析。通过对蒸汽、管壁及烟气的耦合计算，得出了过热器的传热与流动规律，确定了各工况最高壁温位置及危险工况条件，归纳得出热力性能参数随负荷的变化规律，可为增压锅炉的设计及运行提供一定的技术支撑。 |
| 作者： | 曹民侠 |
| 专业： | 工程热物理 |
| 导师： | 孙宝芝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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