大容量D型锅炉的振动计算研究

摘要

随着机组向大容量、高性能发展，锅炉运行过程中的振动现象越来越普遍。特别是在变负荷下运行时，锅炉特别是炉膛内部的速度、温度及压力变化会带来管束振动变得更加严重。因此，分析锅炉的对流管束振动问题变得非常有意义且有应用价值。
　　本文以某大容量D型锅炉为研究对象，针对其对流区管束的结构静强度及卡门涡街振动问题进行了深入的研究。首先，论述了D型锅炉总体布置和结构设计上的特点，并对D型锅炉的不同负荷工况进行了热力计算。然后，对D型锅炉对流管束的简化模型进行了有限元应力分析，结果表明其结构强度能够满足锅炉受压元件的设计要求。接着，采用数值方法模拟了D型锅炉烟道内烟气流动状况，并据此完成了D型锅炉在不同工况下对流管束后卡门涡街脱落频率数值模拟计算，进而采用快速傅里叶变换得到了对流管束的升力系数和频谱特性曲线。通过对比分析得出如下两点结论：
　　（1）卡门涡街脱落频率的数值模拟结果与传统卡门涡街理论的计算结果变化趋势相同，数值趋于相近。
　　（2）烟气来流速度增大，卡门涡街脱落频率也略有增长，形成卡门涡街振动的部位高度略有下降。
　　本文的研究表明，相比传统经验计算，利用数值模拟计算得到的卡门涡街脱落频率结果更能准确地判断锅炉管束区卡门涡街诱导振动的部位，对指导锅炉工程设计更有价值。

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第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本课题研究的锅炉

1.4 本课题的主要研究内容

第2章 大容量D型锅炉热力计算及分析

2.1 热力计算概述

2.2 辐射受热面的热力计算

2.3 对流受热面的热力计算

2.4 100t/h中温中压D型锅炉的技术特点

2.5 100%工况下热力计算结果

2.6 小负荷工况热力计算分析

2.7 本章小节

第3章 D型锅炉对流管束的有限元应力分析

3.1 对流管束的有限元应力分析原理

3.2 对流管束的有限元分析软件

3.3 对流管束有限元模型的建立与简化

3.4 对流管束有限元网格的划分

3.5 对流管束的材料参数

3.6 边界条件与计算载荷

3.7 计算结果及分析

3.8 本章小结

第4章 D型锅炉烟气流动与传热的数值模拟

4.1计算流体动力学的理论基础

4.2 烟气流动与传热模拟的模型选择

4.3 锅炉物理模型的建立和简化

4.4 D型锅炉简化模型网格划分

4.5 边界条件的设定

4.6 数值模拟结果与分析

4.7 本章小结

第5章 D型锅炉对流管束卡门涡街诱导振动

5.1 锅炉振动原因与振动特性分析

5.2 对流管束卡门涡街的数值模拟及涡街脱落频率分析

5.3 计算结果分析与讨论

5.4 多工况下对流管束的卡门涡街振动模拟计算

5.5 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢