廢熱鍋爐傳熱及流場特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、在能源儲備短缺和環(huán)境污染嚴重的背景下，廢熱鍋爐作為一種回收熱量的重要設備，在化工、熱動及有余熱產生的系統(tǒng)中，應用越來越廣泛。與輻射式廢熱鍋爐相比，火管式廢熱鍋爐具有結構簡單、容易清洗、可靠性高、使用壽命長的優(yōu)點，對其結構進行設計和優(yōu)化有重要的意義。
　　由于廢熱鍋爐蒸發(fā)器內部復雜流場很難通過現(xiàn)場進行測試，本文通過 CFD數(shù)值模擬方法對內部流場進行模擬分析，為其結構的設計和優(yōu)化提供一些參考。
　　本文以天華院提供的廢熱鍋爐為研

2、究對象，使用ICEM軟件對廢熱鍋爐蒸發(fā)器管外殼側液態(tài)水沸騰空間和管內建立1:1的物理模型并劃分結構化網(wǎng)格等前處理；利用Fluent軟件對管外液態(tài)水的沸騰相變換熱結果和管內煙氣流動工況進行模擬計算。
　　對于管殼側的沸騰相變工況，選擇標準的k-ε兩方程湍流模型和Mixture模型作為計算模型，結合 UDF確定沸騰相變的質量及能量傳遞的源相，建立速度進口邊界、壓力出口邊界及無滑移固體壁面邊界，進行非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，通過分析模擬計算得到的

3、水蒸汽體積分數(shù)云圖、溫度場及壓力場，得出：當管壁溫度與液態(tài)水的飽和溫度存在一定的過熱度時，管殼側的液態(tài)水在流動過程中，不斷與換熱煙管產生熱傳遞，并發(fā)生沸騰相變，液態(tài)水變?yōu)樗羝?，隨著液態(tài)水慢慢流至出口邊界。越靠近中心煙管，換熱越良好，液態(tài)水越容易沸騰，蒸汽體積分數(shù)明顯高于鍋爐外壁的空間；在換熱量基本達到平衡狀態(tài)，蒸汽體積分數(shù)的分布情況趨于穩(wěn)定，空間內水蒸汽的平均體積分數(shù)為0.3左右；以換熱煙管軸線為中心起點，向外延伸，混合相的溫度呈線性

4、遞減趨勢，由573K逐漸減小到363K；沿Y軸正方向，壓力逐漸減小，在最底部Y=0截面，壓力達到最大值2.64×106Pa；靠近出口邊界處，由于出口設為常壓邊界，而鍋爐內部為的運行壓力的數(shù)量級高達106Pa，壓力差值較大，導致壓力分布不均；水蒸汽的出口管徑對含氣率的影響很大；液態(tài)水的進口水溫以及煙管的管徑都會影響換熱系數(shù)的大小，從而影響水蒸汽的產生量，因此，從安全和經(jīng)濟性兩方面考慮，當換熱煙管管徑為48mm、蒸汽出口管徑為60mm時，液

5、態(tài)水的進口水溫設定373K為最佳選擇。
　　對于管內的煙氣流動，選擇標準的k-ε兩方程湍流模型及 DOM輻射模型作為計算模型，壁面采用無滑移邊界條件和標準壁面函數(shù)，對單根煙管管內的溫度場進行非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，通過分析模擬的溫度分布，得出：在列管式廢熱鍋爐換熱過程中以對流換熱為主，輻射換熱量在總換熱量中所占的比例最大值也不會超過30％；換熱煙管的管徑越大，進口煙氣流速越大，溫降越迅速，但是流速增加對余熱鍋爐的使用壽命造成很大的影響，因