基于fluentUDF的锅炉三分仓回转式空气预热器换热计算方法技术

本发明专利技术涉及基于fluent UDF的锅炉三分仓回转式空气预热器换热计算方法，建立空预器的整体三维几何模型，借助于fluent和UDF自定义函数建立三分仓回转式空气预热器的三维流动换热模型，构建了空预器转子区域的多孔介质非热平衡换热模型，定义了多孔介质动量方程源项及对流换热源项，并在fluent软件相应设置中调用这些函数，即可实现三分仓回转式空气预热器的三维流动换热数值模拟，得到极其复杂的流场及温度场分布，进而直观分析空预器的换热过程，从而对空预器设计、暖风器的投运方式以及避免冷段低温腐蚀提供理论基础。避免冷段低温腐蚀提供理论基础。

【技术实现步骤摘要】
基于fluent UDF的锅炉三分仓回转式空气预热器换热计算方法


[0001]本专利技术属于空气预热器换热计算
，特别是一种基于fluent UDF的锅炉三分仓回转式空气预热器换热计算方法。

技术介绍

[0002]三分仓回转式空气预热器具有结构紧凑、体积小、耗钢量少的优点，能够对低温高压的一次风和高温低压的二次风进行独立控制，提高了设备运行经济性和安全性，成为当前大型电站锅炉空气预热器的主流设计方案。多数制造厂家均采用国外引进技术进行热力计算与结构设计，并不掌握其热力计算的核心原理与方法。对大量在役电站锅炉机组，当煤种改变、运行参数或风量变化，或者为保证热段受热面不发生腐蚀堵灰，需要合理选择暖风器进口风温使热段最下端金属受热面的最低壁温高于烟气酸露点温度，在解决这些实际工程问题时，均需要对空气预热器各段受热面的烟温与风温参数进行合理可靠的校核热力计算。因此，无论从设计或运行，均有必要研究与开发适合三分仓空气预热器的热力计算方法，以适应我国自主工程设计与校核热力计算的需要。
[0003]李皓宇等编制热力计算程序对空预器的换热过程进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于fluent UDF的锅炉三分仓回转式空气预热器换热计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立多孔介质非热平衡换热模型；对回转式空气预热器的波纹板进行了简化，把转子区域简化为多孔介质模型，波纹板可以认为是多孔介质固体骨架，而烟气和空气可以认为是多孔介质空隙中充满的流体；对于多孔介质的模拟，不考虑流体在多孔介质内部的流动，只考虑多孔介质对于流动阻力及能量方程产生的影响，多孔介质模型的动量方程是在标准动量方程的后面加上动量方程源项来充当阻力，对于各向同性多孔介质模型：其中，S
i
是i(x,y,or z)动量方程的源项，α是渗透性，μ
f
是流体的动力粘度，单位为Pa
·
s,C
inertial
是惯性阻力系数，ρ
f
是流体密度，单位为kg/m3,|u|是速度大小，单位为m/s；u
i
是微元i的速度，单位为m/s；在三分仓回转式空气预热器中,传热元件是旋转的，因此采用运动参考系方法来考虑矩阵转速的影响，空预器内流体的相对速度为空预器内波纹板间的孔隙沿径向和周向的分布是不均匀的，因此将转子区域视为各向异性多孔介质；结合空预器的结构特点，考虑旋转多孔介质模型的动量方程源项如式(2)：式中，S
i
是i(x,y,z)动量方程的源项；β是各项异性率，用来表征多孔材料的各项异性程度；C
viscous
是粘性阻力系数，μ
f
是流体的动力粘度，单位为Pa
·
s；C
inertial
是惯性阻力系数；ρ
f
是流体密度，单位为kg/m3；u
rotate
是空预器转子的旋转速度，单位为m/s；是空预器转子区域波纹板的孔隙率，u是流体的速度，单位m/s；其中空预器转子的旋转速度u
rotate
计算公式如式(3)：u
rotate
＝ω
×
(r
‑
r0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，u
rotate
是空预器转子的旋转速度，单位为m/s；ω是空预器转子的旋转角速度，单位为rad/s；r0是网格文件中旋转中心的坐标；r是网格单元中心的坐标；式(2)中，转子区域的流动处于层流和湍流不同流动状态时，C
viscous
及C
inertial
的计算如式(4)～(7)：层流时：C
inertial
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中，C
viscous
是粘性阻力系数；C
inertial
是惯性阻力系数；j是传质因子，层流状态下圆形通道的j取64；a
sf
是面密度，是流固交界面的面积与多孔区域体积的比值，单位1/m；d
h
是空预器转子区域波纹板孔隙的水力直径，单位为m；湍流时：C
viscous
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
式中，C
viscous
是粘性阻力系数；C
inertial
是惯性阻力系数；是空预器转子区域波纹板的孔隙率；d
h
是空预器转子区域波纹板孔隙的水力直径，单位为m；Re是雷诺数，用相对速度计算，如式(8)：式中，ρ
f
是流体密度，单位为kg/m3；u
rotate
是空预器转子的旋转速度，单位为m/s；d
h
是空预器转子区域波纹板孔隙的水力直径，单位为m；是空预器转子区域波纹板的孔隙率；μ
f
是流体的动力粘度，单位为Pa
·
s，u是流体的速度，单位m/s；空预器转子区域的波纹板与流体交界面的的局部温差不能忽略，存在对流换热，因此选用多孔介质非热平衡能量方程求解空预器转子区域的换热过程。考虑空预器的旋转特性，建立空预器多孔介质区域的流体能量方程和多孔固体骨架能量方程如下：性，建立空预器多孔介质区域的流体能量方程和多孔固体骨架能量方程如下：式中，ρ
f
是流体密度，单位为kg/m3；c
pf
是流体比热容，单位为J/kg/K；u是流体的速度，单位m/s；T
f
是流体温度，单位是K；是空预器转子区域波纹板的孔隙率；λ
f
是流体的热导率，单位为W/m/K；a
sf
是面密度，是转子流固交界面的面积与多孔区域体积的比值，单位1/m；h
sf
是空预器转子区域的波纹板与交界面流体的对流换热系数，计算如式(11)，单位是W/m2/K；T
s
是多孔介质固体骨架的温度，即波纹板温度，单位是K；ρ
s
是空预器波纹板的密度，单位为kg/m3；c
ps
是波纹板比热容，单位为J/kg/K；u
rotate
是空预器转子的旋转速度，单位为m/s；λ
s
是波纹板的热导率，单位为W/m/K；式中，h
sf
是空预器转子区域的波纹板与交界面流体的对流换热系数，单位是W/m2/K；η是与圆光管相比的强化换热系数；λ
f
是流体的热导率，单位为W/m/K；d
h
是空预器转子区域波纹板孔隙的水力直径，用于考虑不同通道形状的影响，单位为m；Nu是圆光管的努塞尔数，转子区域的流动在层流和湍流不同流动状态时，圆光管的Nu数的计算如下：层流时：Nu＝3.66湍流时：Nu＝0.023Re
0.8
Pr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)式中，Re是雷诺数，计算式如式(8)；μ
f
是流体的动力粘度，单位为Pa
·
s；c
pf
是流体比热容，单位为J/kg/K；λ
f
是流体的热导率，单位为W/m/K；S2：建立求解区域的三维几何模型，选取网格类型划分网格，确定边界，并对边界命名；S3：选择求解器；
S4：将S2绘制完成的网格导入fluent中，调整网格的尺寸比例与实际几何模型大小一致，并检查网格；S5：构建自定义函数UDF，自定义函数UDF的建立包括以下步骤：(1)建立流体的热导率随温度变化的自定义函数，流体的热导率与温度的函数关系式为：λ
f
＝0.0249+5.989E
‑
05*(T
‑
273.15)，其中λ
f
为流体的热导率，单位为W/m/K，T为流体的温度，单位为K；(2)建立多孔介质固体的有效导热系数自定义函数,其中λ
s
‑
eff
为固体的有效导热系数，单位为W/m/K；λ
s...

【专利技术属性】
技术研发人员：绳冉冉，罗雪娇，张素丽，虞昊天，黄惠，赵瑞松，杨彬，安敬学，程金武，张天桦，杨泽生，逯朝锋，王磊，王礼鹏，廖彭伟，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：