电站锅炉炉膛和管内工质的分布参数动态数学模型

摘要

该文建立了一套用于电站锅炉炉膛和管内工质的分布参数动态数学模型,模型能够深入、全面地从机理上反映模拟对象的动态特性.论文主要内容包括:建立了大型电站四角切园燃烧煤粉锅炉炉膛的三维动态数学模型,模型中考虑了颗粒相与气相之间的传热、传质,反映了在不同扰动下炉膛内速度、压力、温度、组分浓度、换热强度等参数在三维空间的动态变化情况.通过合理分析,建立了对炉膛以折烟角为界,下部采用三维模型,而上部采用分块的集总参数模型的总体结构,这种模型结构既能使整体数学模型提供比较详细的动态计算结果,又可以使计算时间大大缩短,并使炉膛出口更加易于实现局部单向化的边界条件.在炉膛折烟角及其以上区域的分块模型中,采用假想面法实现了各区域之间的辐射热交换计算,考虑到了分块模型与折烟角以下三维模型之间的有机结合,保证了整体计算结果的合理性.在动态模拟过程中,当采用颗粒随机轨道模型时,入口颗粒(煤粉)流量扰动不应该影响到已经进入炉内的颗粒流量,即同一轨道上不同位置的颗粒流量可能不一样;对于入口活动边界(喷嘴摆角变化),会出现喷嘴截面与网格边界不重合的现象,这时又该如何保证入口参数能同时满足入口处控制容积的质量守恒和动量守恒.对这类只有在动态模拟计算时才出现的问题,在以往的炉膛三维静态数学模型中都没有考虑,该文对此提出了合理的解决方法.建立了单根受热管内工质(水和水蒸汽)的一维动态数学模型.由于是以单根受热管为建模对象,因而可以方便地与炉膛三维动态模型相结合,以反映在炉膛不同区域水冷壁管内工质动态过程的差异.最后,对锅炉在稳态工况以及燃烧器摆角和燃料量变化的扰动工况下,炉膛和蒸发区的整体动态过程进行了仿真计算和分析,计算结果表明,只有采用机理性分布参数动态数学模型才能正确反映模拟对象在动态过程中的一些变化特性,以满足在对电站锅炉的动态特性深入分析、研究和应用过程中,对动态数学模型提出的更新、更高的要求.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1选题背景

1.2锅炉数学模型的研究与发展

1.2.1湍流气固两相流动模型

1.2.2湍流燃烧与辐射传热

1.2.3锅炉炉膛和管内工质动态数学模型

1.3本文的主要工作

参考文献

第二章炉内气体与颗粒流动数学模型

2.1炉内气体流动数学模型

2.2颗粒随机轨道模型

2.3气相边界条件

2.3.1固壁边界条件

2.3.2入口边界条件

2.3.3出口边界条件

2.4颗粒相边界条件

2.4.1固壁边界条件

2.4.2入口边界条件

2.5颗粒参数的空间分布

2.6本章小结

参考文献

第三章燃烧与传热数学模型

3.1煤粉热解模型

3.2颗粒能量平衡方程

3.3煤粉颗粒燃烧模型

3.4挥发分燃烧模型

3.5气体组分控制方程

3.6燃烧反应的化学当量比

3.7气体能量平衡方程

3.8辐射转热模型

3.8.1辐射能量传递方程

3.8.2热通量法辐射传热计算

3.9炉膛折烟角以上区域的分块集总参数模型

3.9.1采用分块集总参数模型的原因

3.9.2分块集总参数数学模型

3.10本章小结

参考文献

第四章锅炉管内水和水蒸汽的动态数学模型

4.1基本数学模型

4.2模型的形式转换与数值计算

4.2.1模型的形式转换

4.2.2模型求解

4.3摩擦阻力系数的计算

4.4管壁与工质的换热系数计算

4.4.1各相邻传热区域边界点的确定

4.4.2各传热区域换热系数α的确定

4.5仿真计算与结果分析

4.6本章小结

参考文献

第五章数值求解与整体仿真结果分析

5.1数值求解方法

5.2程序计算框图

5.3整体仿真计算与结果分析

5.3.1原始数据

5.3.2稳态流场计算

5.3.3喷嘴摆角扰动时炉膛的动态仿真计算

5.3.4燃料量扰动时炉膛的动态仿真计算

5.3.5喷嘴摆角和燃料量扰动时水冷壁管内工质的动态仿真计算

5.4本章小结

参考文献

第六章总结与建议

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文(第一作者)