260t/h四角切圆锅炉炉内冷态流场的数值模拟研究

摘要

四角切圆锅炉的实验研究，需要耗费大量的人力与物力。随着计算流体力学的发展，数值模拟技术被越来越多的用到工程研究领域中，成为锅炉流场特性研究的重要技术手段。本文以260t/h四角切圆锅炉为研究对象，对其设计工况以及变工况下的炉内冷态流场特性进行了数值模拟研究。 针对四角切圆锅炉数值模拟过程中存在的伪扩散现象，首先对网格类型进行对比分析，确定采用四面体网格剖分方案，并针对炉内流场的特性，采用非一致化网格划分技术：然后对不同湍流模型和差分格式进行对比分析，最终选用与四面体网格相匹配的可实现κ-ε湍流模型和高精度QUICK格式，计算结果表明，该方法可以有效地减小伪扩散。 在260t/h四角切圆锅炉的设计工况下，对其炉内冷态流场进行数值模拟，并对各个截面的速度矢量、压力以及湍动能的分布规律进行分析研究，总结出了炉内空气动力场的特性；模拟结果表明：由于炉内一、二、三次风切圆直径各不相同，使得炉内流场变化较大，并出现了较严重的气流冲刷墙壁现象，容易造成水冷壁结渣。 在上述工作基础上，通过改变全部二次风切圆直径，来研究炉内冷态流场的特性，结果表明：增加二次风的切圆直径，使得射流刚性增强、炉内气流充满度增加，并使煤粉颗粒在炉膛内的行程增加，有利于煤粉的燃尽，从而提高锅炉效率，还有利于防止炉膛出口受热面的结渣：但二次风切圆直径过大，会使射流偏向壁面，导致水冷壁结渣：当二次风切圆直径与三次风切圆直径大小相等时，效果较好。 在中二次风位置，采用两角对冲、两角相切的布置方式，研究了不同切圆直径和正反切方式下的炉内冷态流场特性，结果表明：当一三角正切、二四角对冲时，采用与一次风相同的切圆直径，效果最好；而当一三角反切、二四角对冲时，应采用与三次风相同的切圆直径。

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第一章绪论

1.1引言

1.2四角切圆锅炉的优点及目前存在的主要问题

1.3数值模拟的主要优缺点

1.4四角切圆锅炉数值模拟的国内外发展现状

1.5本文研究的主要内容及其意义

第二章冷态流场数值模拟介绍

2.1计算流体力学概述

2.2湍流模型

2.2.1湍流现象概述

2.2.2湍流的数值模拟方法

2.2.3零方程模型

2.2.4一方程模型

2.2.5标准κ-ε模型

2.2.6可实现κ-ε模型

2.2.7壁面函数法

2.3 FLUENT软件介绍

2.3.1 FLUENT简介

2.3.2 FLUENT在国内外及动力工程领域的应用

第三章网格划分、湍流模型及差分格式的对比分析

3.1伪扩散的分析及网格的合理划分方式

3.2不同湍流模型的对比分析

3.3不同差分格式的对比分析

3.4本章小结

第四章设计工况下冷态流场的数值模拟

4.1锅炉的本体结构

4.2网格划分

4.3数学模型

4.4边界条件

4.5模拟结果及分析

4.5.1炉内不同高度水平截面的速度分布

4.5.2炉内不同高度水平截面的压力分布

4.5.3炉内不同高度水平截面的湍动能分布

4.5.4炉膛纵截面的速度、压力和湍动能分布

4.6本章小结

第五章二次风切圆直径对流场特性的影响

5.1不同二次风切圆直径对炉内速度分布的影响

5.2不同二次风切圆直径对炉内湍动能分布的影响

5.3本章小结

第六章燃烧器布置方式对流场特性的影响

6.1两角对冲、两角正切对流场特性的影响

6.2两角对冲、两角反切对流场特性的影响

6.3本章小结

结论

参考文献

致谢