某船用鍋爐過熱器三維流場數(shù)值模擬分析與優(yōu)化.pdf

1、過熱器是蒸汽鍋爐重要部件之一，由于其管束熱負荷及受熱面積的不均勻，管內(nèi)蒸汽流量不均勻和管內(nèi)結(jié)垢等影響因素的存在，可能造成鍋爐過熱器管束局部溫度偏高，導(dǎo)致局部超溫爆管而影響過熱器的正常工作，以致影響整個船舶動力系統(tǒng)的正常運行。
　　針對船用鍋爐過熱器的結(jié)構(gòu)特點，從理論上分析熱偏差的形成原因，研究了導(dǎo)致過熱器超溫爆管的因素，介紹了過熱器壁溫計算方法。根據(jù)某船用鍋爐過熱器實際模型，應(yīng)用Gambit軟件建立了過熱器外部煙氣、內(nèi)部蒸汽以及管

2、壁的整體1∶1三維模型;應(yīng)用FLUENT軟件選擇合適的邊界條件，以流體力學(xué)基本方程組和Realizable k-ε湍流模型作為數(shù)學(xué)模型，并添加P-1輻射模型，對過熱器整體蒸汽流動與傳熱進行了三維數(shù)值模擬，得到過熱器各流程的蒸汽壓力、流量和溫度，管壁熱負荷，輻射所占比重，管壁溫度等值的分布規(guī)律;并且在此基礎(chǔ)上應(yīng)用熱偏差理論，對過熱器集箱隔板結(jié)構(gòu)提出改進建議。
　　數(shù)值模擬計算結(jié)果表明:改進前過熱器管壁溫度沿蒸汽的流動方向逐漸增大，最

3、高壁溫及最大熱偏差管同為第二流程中間管排，位于煙道中間位置的管束。此位置支管管內(nèi)蒸汽流量小，但熱負荷大，致使熱偏差大，蒸汽溫度高，管壁溫度高，使其成為最危險的管束，容易產(chǎn)生超溫爆管現(xiàn)象。經(jīng)過改進后的模型計算結(jié)果表明，過熱器蒸汽溫度分布、各支管蒸汽出口溫度分布和管壁平均溫度分布較為均勻;偏差管的熱偏差系數(shù)、過熱器管壁溫度有所降低。改進后模型最高壁溫較改進前約低10K，提高了過熱器運行的安全性。
　　本文從基礎(chǔ)理論出發(fā)，針對鍋爐過熱器